Устройство экстремального регулирования

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИРЕСПУБЛИК 498 1 б 05 В 13/02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ АВТОРСКОМЪГ СВИДЕТЕЛЬСТВУОб ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ(71) Днепропетровский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт и Днепродзержинский ордена Трудового Красного Знамени индустриальный институт им. М.И. Арсеничева(56) 1. Растригин Л. А. и Сытенко Л. В. Многоканальный статистический анализатор. М., Энергия, 1973.2. Растригин Л, А. и Юха М. Р. Экстремальное регулирование непрерывных многопараметрических систем методом случайного поиска при наличии гистерезиса в системе управления. - Автоматика и вычислительная техника. Вьш. 13, Рига, Зинатке, 1966, с. 137 - 148 (прототип).(54) (57) УСТРОЙСТВО ЭКСТРЕМАЛЬНО Го РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащее в кажканале оптимизации генератор случайных сигналов и интегратор, отличпющ:еся тем. что, с целью увеличения помехоустойчивости и быстродействия, в него введены общий для всех каналов оптимизации управляемый по частоте генератор и сумматоры по числу каналов оптимизации, при этом вход управляемого по частоте генератора соединен с выходом объекта, выход - с входами запуска генераторов случайных сигналов, а выход генератора случайных сигналов в каждом канале подключен к входам сумматора и интегратора, причем выход интегратора соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с соответствующим данному каналу входом объекта.Изооретение относится я автоматике ивычислительной технике, а более конкретно - к устройствам автоматической оптимизации, оно может найти применение в отраслях наукии техники, где требуется оптимизация мйогомерных объектов улравления икритериев, особенно в тех случаях, когдаобъект содержит глобальный и локальныйэкстремумы, а процесс измерения сопровождается помехами, например, при построениисистем параметрической идентификации не остационарных динамических объектов управления.Известен автоматический оптимизатор, воснову алгоритма функционирования которого положен статистический метод, содержащий в каждом канале оптимизации генераторы случайных сигналов, соединенные сисполнительными механизмами, а такжеблок определения знака приращения оптимизируемой функции, связанный с блоком команд, выходы которого подключены к блокуреверса, и генератором случайных сигналов.С целью улучшения характеристик оптимизатора вводятся дополнительно элементы адап.тации, Примером служит управление амплитудой поисковых движений. Для этого вустройство дополнительно включается блок 25управления величиной шага поиска 11.Однако для обеспечения поиска глобального экстремума необходимо вводить перебор начальных условий, что практическицелесообразно в малой .области поиска принебольшом числе локальных экстремумов. ЗОХотя знаковый способ получения информации о приращении оптимизируемой функции является достаточно простым в реализации, при этом для реализации законовуправления в зависимости от состояния поиска необходимо вводить дополнительные З 5блоки управления величиной шага, скоростью движения и другим, что в итоге усложняет конструкцию оптимизатора,Кроме того, циклограмма работы оптимизатора с пробными шагами включает в 4 Осебя время на анализ результатов сравнения, а поисковые и рабочие движения. разделены во времени. В итоге это ухудшаетбыстродействие оптимизатора, а также приводит к усложнению его конструкции.Наиболее близким к изобретению по тех 45нической сущности является устройство непрерывного экстремального регулирования,реализующее автоколебательный принцип настройки, содержащее в каждом канале оптимизации генератор случайных сигналов иинтегратор 2. Основными недостатками известного устройства являются слабая способность к преодолению локальных экстремумов, недостаточно высокая помехоустойчивость и низкое 55 быстродействие.Цель изобретения - увеличение помехоустойчивости и быстродействия,2Указанная цель достигается тем, что в устройство введены общий для всех каналов оптимизации управляемый по частоте генератор и сумматоры по числу каналов оптимизации, при этом вход управляемого по частоте генератора соединен с выходом объекта, выход - с входами запуска генераторов случайных сигналов, а выход генератора случайных сигналов в каждом канале подключен к входам сумматора и интегратора, причем выход интегратора соединен с вторым входом сумматора, выход которого соединен с соответствующим данному каналу входом объекта.Увеличение помехоустойчивости при действии помех на выходе объекта обеспечивается интегрирующими свойствами управляемого по частоте генератора без использования дополнительных элементов. При этом действие помех на входе объекта может быть преодолено выбором абсолютной величины случайных сигналов.Увеличение быстродействия достигается исключением многократного повторения режима подготовки в процессе оптимизации, вследствие чегопроцесс оптимизации состоит только из повторяющихся режимов поиска,На фиг. 1 приведена структурная схема устройства экстремального регулирования; на фиг. 2 - принципиальная электрическая схема управляемого по частоте генератора; на фиг. 3 - принципиальная электрическая схема генератора случайных сигналов.,Устройство экстремального регулирования содержит в каждом канале генератор 1 случайных сигналов и интегратор 2, общий для всех каналов оптимизации управляемый по частоте генератор 3, сумматоры 4 в каждом канале оптимизации и объект 5 регулирования с экстремальной характеристикой.Устройство работает следующим образом. В момент переключения управляемый по частоте генератор 3 выдает сигнал на входы запуска генераторов 1 случайных сигналов, которые на своем выходе вырабатывают постоянные по абсолютной величине и случайные по знаку сигналы. Эти сигналы поступают на входы интеграторов 2 и первые входы сумматоров 4, на вторые входы которых подают выходные сигналы интеграторов 2, Таким образом, в момент переключения состояние объекта скачком изменяется в пространстве оптимизируемых параметров. Это новое случайное состояние определяет длительность интервала времени до следующего переключения. В течение данного интервала времени интеграторы 2 изменяют оптимизируемые параметры в направлении, противоположном поисковым приращениям, а рабочее смещение оптимизируемых параметров не прервышает по абсолютной величине абсолютную величину поисковых прираще103ний. Мгновенное значение частоты управляемого генератора 3 в состояниях удаления от экстремума-максимума ниже значений частоты в состояниях приближения к экстремуму- максимуму. В результате, частота запуска генераторов 1 случайных сигналов определяется как направлением движения по отношению к экстремуму, так и величиной сигнала с выхода объекта 5 управления. При этом целенаправленность движения в среднем к экстремуму обеспечивается повышением частоты изменения состояний системы при неблагоприятных смещениях, что увеличивает вероятность выбора целевых направлений,Управляемый по частоте генератор 3 прямоугольных колебаний (фиг. 2), входящий в состав функциональной схемы предлагаемого устройства (фиг. 1), состоит из источника питания Е, двух транзисторов Чз и Ч, резистора смещения Кз и сопротивления К, двух корректирующих цепей С 1, К 1 и Ч (С, К и Чг) и двух управляемых дросселей Ф и Ф . Последние включают в себя базовые обмотки %1 Б и %2 Б, коллектор- ные обмотки %1 К и %2 К, выходнуюобмотку %в и две пары управляемых обмоток %1 У, %2 У и %3 У, Ю 4 У. на вход которых подаются сигналы 1, и 1.Генератор работает следующим образом, Процесс коммутации транзисторов в режиме ключа характеризуется скоростью изменения магнитных потоков в основных сердечниках Ф и Ф. В схеме генератора обмотки включены так, что в базовой цепи открывающегося транзистора Чз наводится ложительная ЭДС, а в базовой цепи закрывающегося Ч 4 - отрицательная ЭДС. В этом случае ЭДС, наведенная в базовой обмотке %2 Б, усиливает запирание Ч 4. В свою очередь ЭДС, наведенная в базовой обмотке %1 Б, еще в большей степени отпирает Чз, что позволяет дальнейший рост коллекторного тока этого транзистора. Коллекторный ток последнего увеличивается до тех пор, пока не наступит насыщение сердечника Ф 1. При этом ток намагничивания сердечника резко возрастает, а поскольку ток, базы остается неизменным, то транзистор Чз выходит из области насыщения и переходит в область отсечки. Переход транзистора из одной области в другую сопровождается ростом его сопротивления. Это приводит к тому, что ток намагничивания начинает быстро уменьшаться, а индуктируемая ЭДС %1 Б падает до нуля. Последнее вызывает изменение полярности ЭДС, что приводит к закрыванию Чз и открыванию Ч 4. Далее процесс генерации пря 498654моугольных колебаний повторяется. Компенсация пиковых выбросов в схеме генератора достигается за счет эффекта диффузион.ной емкости полупроводникового диода Ч 1 (Ч ) и сопоставления его электрических параметров с параметрами коллектор - база транзистора. Диод подключается к коллекторной цепи, так что в момент закрытия транзистора Чз (Ч 4) в нем образуется мгновенный ток. Компенсация пиковых выбросов происходит в момент закрытия одного из транзисторов, когда на реактивном сопро,тивлении коллекторной цепи появляется ЭДС. Последняя поддерживает в течение некоторого времени ток того же направления, какое он имел до запирания транзис торов. Поскольку кремниевый диод до закрытия транзистора обладает минимальной диффузионной емкостью и, следовательно, минимальным обратным током, то в момент, закрытия транзистора изменится емкостной параметр диода Ч 1 (Ч), на котором появится импульс напряжения Последний совпадает по форме и величине с пиковым выбросом на индуктивном сопротивлении коллекторной.цепи, но находится в противофазе. Строгое совпадение этого импульса по форме, величине и во времени с пиковым выбросом коллекторного напряжения позволяет полностью скомпенсировать нежелательный пиковый выброс на вершине переднего фронта генерируемого импульса. Ток 11 изменяется в соответствии с сигнала- зО ми с выхода объекта, ток 1 изменяетсяв соответствии с сигналами, поступающими из блока настройки параметров поиска.Каждый генератор 1 случайного сигнала(фиг. 3) собран по схеме дискретизации непрерывного шумового сигнала по двум 35 уровням. Он состоит из источника шума(ИШ), двухкаскадного усилителя, собранного на транзисторах Ч и Ч, резисторах К 1 - К 2 и конденсаторах С 1 и С 2, а также синхронного Р-триггера Т. Состояние триггера устанавливается .по положительному фронту импульса, поступающего на Вх, 1 от управляемого по частоте генератора. На Вх.2 поступает сигнал из блока настройки параметров поиска, благодаря чему устанавливается необходимый уровень сигнала 45 на выходе генератора случайных сигналов.Использование изобретения позволяет повысить помехоустойчивость, так как операция интегрирования выходного сигнала объекта, реализуемая управляющим по частоте генератором, эффективно отфильтровывает 50 центрированные помехи. Кроме того, управляемый по частоте генератор осуществляет оптимизировать функции со сложным рельефом.1049865 фиг.Е игЗ Редак Заказ 1130лиал р О.Юркове24/4.4ВН итель П Кудря И. Верес 874венного коми ретений и от 35, Раушская г. Ужгород, у Состав цкая Техред Тираж ИИПИ Государст по делам изоб 5, Москва, Ж -ППП Патент, цевКорректорПодписноеета СССРрытийнаб., д, 4/5Проектная Зимокосов