Устройство для контроля динамических систем

 

Союз Советских

Социалистических

Республик

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВ ЕТЕЛЬСТВУ (ii>769496 (61) Дополнительное к ввт. свид-ву (22) Заявлено 2011,78 (2! } 2716359/18-24 с присоединением заявки hK (23) Приоритет (51)М. Кл.

G 05 В 23/02

Государственный комитет

СССР оо делам изобретений и открытий

Опубликовано 071080,Бюллетень Но37 (53) УДК 681. 326. 7. . 083. 8 (088. 8) Дата опубликования описания 071Ц80 (72) Авторы изобретения

Б. Г.Анисимов и В.Д. Гришин (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ КОНТРОЛЯ ДИНАМИЧЕСКИХ

СИСТЕМ

Изобретение относится к технике контроля динамических систем и может быть использовано в научных исследованиях и при контроле систем автоматического управления.

Известно устройство для контроля систем управления $ij, которое позволяет контролировать лишь текущее состояние управления без предсказания ее поведения на заданный интервал времени и контроля на этом интервале.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является уст- 15 ройство для контроля динамических систем 2), содержащее генератор тест-сигналов, подключенный к одному выходу устройства, включенные последовательно компаратор, один вход ко- 20 торого соединен с первым входом устройства, и блок оценки результатов контроля, подключенный к другим входам устройства.

Это устройство позволяет опреде- 25 лить состояние объекта контроля только в момент контроля и не предсказыв-,ет его сведение на заданный интервал времени, ччо снижает достоверность контроля. 30

Целью изобретения является расширение области применения и повышения точности работы устройства.

Эта цель достигается тем, что в устройство для контроля динамических систем, содержащее генератор тест-сигналов, подключенный к одному выходу устройства, и включенные последовательно компаратор, один вход которого соединен с первьм входом устройства, и блок оценки результатов контроля, подключенный к другим выходам устройства, введены сумматоры, инвертор, накопитель, элеме т задержки, усилители, задатчики коэффициентов усиления, импульсный преобразователь, вход и первый выход которого подключены соответственно ко второму входу у=трсйства и одному входу первого сумматора, и генератор последовательности импульсов, соединенный входами со вторым выходом импульсного преобразователя и третьим входом угтройства, а выходом через первый задатчик коэффициента усиления — с управляющ. :.м входом первого усилителя, информационный вход которого подключен к выходу накопителя и через инвертор к другому входу первого сумматора, подключенного выходом к

769496 информационному входу второго усилителя, управляющий вход которого соединен с одним выходом второго задатчика коэффициента усиления, подключенного входом ко второму выходу импульсного преобразователя и другим выходом через элемент задержки— к одному входу накопителя, другой вход которого через второй сумматор соединен с выходами усилителей. Выходы второго сумматора и первого усилителя подключены к другим нходам компаратора.

На чертеже показана функциональная схема устройства.

Устройство содержит генератор тест- сигналов 1, импульсный преобразова- 15 тель 2, первый сумматор 3, перный усилитель 4, второй сумматор 5 и 4, накопитель б, инвертор 7, второй усилитель 8, первый задатчик коэффициентов усиления 9, элемент задержки щ

10, генератор последовательности импульсов 11, второй эадатчик коэффициента усиления 12, компаратор 13 и блок оценки результатов контроля 14.

Следует рассмотреть совокупность устройств (D ., Х =1,.,А (Д =1,..., ) где n — число устройств, входящих в состав объекта контроля, )и — устройство под номером Х .

Состояние каждого устройства характеризуется значением соответствующего параметра, которое обозначим через М) . При этом пределы изменений значений каждого параметра известны (-Qg, a ). Тогда состояние объекта контроля в произвольный момент вре- З5 мени можно математически определить

A-мерным вектором — столбцом.

„„) т элементы которого равны значениям соответствующих параметров, Т вЂ” опе- 40 рация транспортирования вектора.

Пусть Р,„ „ — мерное векторное пространство. Конец вектора W в любой момент времени может принадлежать одной из точек пространства,„. В силу 45 условий (-a,a ) вектор W может принимать лишь конечное множество значений из пространства „,. Множество возможных значений вектора обозначается через И„„, а множество значений О вектора W, отвечающих состоянию работоспособности объекта контроля, через

N,,,. Множество является подмножеством мйожеств а й„„т . е . М,„С й„

Установление факта принадлежности конца вектора W в любой момент времени одному иэ подмножеств йР, или — N осуществляется с помощью блока

9Ф оценки результатов контроля 14.

На основе известной модели объекта контроля, представленной, например, Щ .в виде

W(K 1) =%(К.1,K)W(K) е Г(К+1,К)Х(К)+Г (К 1К)Ы(К), где р/ — вектор состояния;

Х вЂ” вектор сигнала стимулирующего генератора; 65

4д. — вектор случайного возмущения (имеющего место в объекте контроля);

К =0,1,... — дискретное время; ф — переходная матрица состояния; — переходная матрица входа;

Г1 — переходная матрица возмущения; устройство реализует процесс получения текущих и предсказанных значений оценок. Оптимальная (в смысле среднеквадратичного критерия) текущая оценка состояния М(К+1/К+1) описывается рекуррентным соотношением

W(K+i/Kt1) =9(K+i,К) ©(К/К) т К(к+1 jW(X+1)-Ф(К+1,К) 4(К/К)) для К =0,1,..., где W (О/О) =О,К (K+1) — матрица передачи.

Предсказанное значение оценки состояния объекта контроля на несколько шагов вперед, например на 8 шагов, имеет в ид м(К+В/К) =ф(к+В,К)iи(K/Ê)

Устройство работает следующим образом.

Стимулирующее воздействие с выхода генератора 1 подается на вход объекта контроля. На выходе последнего появляется случайный нектор состояния и/(t), по которому в устройстве производится определение значений текущей W(K+1/K+1) и предсказанной W(K+3/K) оценок.

В связи с этим следует рассмотреть два режима работы устройства.

1) Режим определения текущей оценки W(K+1/К+1)..

Работа начинается с нулевого значения оценки W (0/0)=0 (в накопителе

6 — нулевое значение оценки). В момент К = О по приходе на вход импульсного преобразователя 2 случайного значения сигнала W (1) (в данном случае, при К = OW@ (1)) длительностью, обеспечинающей нормальное срабатывание элементов схемы устройства, и амплитудой, соответствующей значению М ф в момент К = О сигнал

Wg(Ki1) с одного из выходов преобразователя 2 поступает на входы второго задатчика коэффициента усиления 12 и генератора последовательности импульсов 11, а с другого выхода на первый вход сумматора 3. Второй задатчик коэффициента усиления 12 обеспечивает установку коэффициента усиления К (К+1) при К = О, К у (1) усилителя 8 и управление сбросом накопителя б "старой оценки" через элемент задержки 10, имеющий задержку на один шаг (такт счета). Первый задатчик коэффициента усиления 9 с помощью генератора импульсов. 11 обеспэчивает установку коэффициента усиления

769496

%,(К+1»), при К = О %> (1,0) . В этот момент времени при К = О на втором входе сумматора 3 — сигнал

Wg(0/0) = О. С выхода сумматора 3 сигнал 4 (1), усиленный усилителем 8 в

К,(1) раз, пройдя через сумматор 5, поступает в накопитель б и компаратор 13, т.е. полученное значение оценки Wg (1/1) передается в компаратор 13 и задерживается в накопителе 6, обеспечивающем выдачу сигнала (K/К) на вход усилителя 4 и через инвертор 7 на вход сумматора 3.

В момент К = 1 поступившее с выхода преобразователя 2 на первый вход сумматора 3 значение сигнала

М (К+1) при К = 1 М (2), суммируется с. сигналом Wg(1/1) имеющимся на втором входе последнего. Полученная с выхода сумматора 3 невязка

W>(»+1/К)"-\ (К+1) -ф (К+1 К)©{К K) в данном случае, при К = 1 (2/1) =Ч,(й) -Ф„„(г,1) W(1/1), усиленная усилителем 8 в К (2) раз, подается на первый вход сумматора 5, на второй вход которого поступает иэ накопителя 6 предыдущее значение л оценки W (1/1), усиленное усилителем 4 в@д(К+1 1), при К = 1 в ф (2, 1) раз. Полученное в результате суммирования указанных величин на выходе сумматора 5 текущее значение оценки состояния

W (k+1/» 1) =Ф (К 1,»)4„(К /K)+ k, (».1) х (М„(К+a) -Ф„(К+,К) 4 (»УК)), в данном случае, при К = 1

Wg(/2) = Ф (2, 1 ) Wy(1/1) + К () LW (R ) %ф, ) (i Д)), передается в компаратор 13 и задерживается в накопителе б. В дальнейШем (при К = 2, 3 ...) описанный цикл повторяется.

2) режим предсказания оценки на л заданный интервал времени \ /{К<8/»)

В этом режиме в соответствии с установкой заданного интервала предсказания (" Установка 1ьдд,") в генераторе последовательности импульсов

11 последний с помощью первого задатчика коэффициента усиления 9 обеспечивает установку, коэффициента усиления усилителя 4 на величину ч (К+6К), что позволяет усиливать W (K/K) в указанное число раэ, обеспечивая тем самым выдачу через второй вход сумматора 5 на вход компаратора 13 предсказанного значения оценки на 1 шагов вперед и (y,+ /»)=Ф (К-,V-)W (»/К), т.е. на заданный интервал времени. результатов контроля 14 выдает оцин из сигналов: "Годен до t ", т.е. на заданный интервал времени объект контроля годен или не годен.

При контроле состояния динамической системы используются определенные при синтезе системы номинальные значения оценок и допустимые их отклонения hV„, значения параметров ф,г иК.

Технико-экономическая эффективность изобретения заключается в том, что устройство позволяет оценивать поведение контролируемых систем на заданный интервал времени, что расширяет область его применения и повы1Ъ шает точность работы.

Величину ущерба вследствии отсутствия информации о поведении контролируемой динамической системы можно определить соотношением

Формула изобретения

4О

d0

В остальном работа устройства аналогична работе в первом режиме.

Вычисленные значения оценок сравниваются в компараторе 13 с соответствующими значениями Чд ц, и по величине отклонения Ы/ блок оценки

Ь=Х S.

L =1 где Ь„ — ущерб от з -той подсистемы;

1 — число подсистем.

Опыт эксплуатации динамических систем показывает, что экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства может составить до 5Ъ от общей стоимости системы, а для некоторых систем — до ЗОЪ.

Устройство для контроля динамических систем, содержащее генератор тест-сигналов, подключенный к одному выходу устройства, и включенные последовательно компаратор, один вход которого соединен с первым входом устройства, и блок оценки результатов контроля,-подключенный к другим выходам устройства, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения области применения и повышения точности работы устройства, оно содержит сумматоры, инвертор, накопитель, элемент задержки, усилители, задатчики коэффициентов усиления, импульсный преобразователь, вход и первый выход которого подключены соответственно ко второму входу устройства и одному входу первого сумматора, и генератор последовательности импульсов, соединенный входами со вторым выходом импульсного преобразователя и третьим входом устройства, а выходом через первый эадатчик коэффициента усиления с управляющим входом первого усилителя, информационный вход которого подключен к выходу накопителя и через инвертор к другому входу первого сумматора, подключенного выходом к информационному входу второго усилителя, управляющий вход которого соединен с одним выходом второго задатчика коэффициен769496

Составитель С.Хлебников

Редактор Л.утехина Техред A. щепанская Корректор M,Пожо

Заказ 7546/1 Тираж 956 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 та усиления, подключенного входом ко второму выходу импульсного преобразователя и другим выходом через элемент задержки — к одному входу накопителя, другой вход которого через второй сумматор соединен с выходами усилителей, причем выходы второго сумматора и первого усилителя подключсны к другим входам компаратора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 413462, кл. G 05 В 23/02, 1972.

2. Авторское свидетельство СССР

Р 489086, кл. G 05 В 23/02, 1974 (прототип).