Способ автоматического контроля цифровых систем автоматического управления

еОСУДАРСТВЕННЫИ КОМИТЕТО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯРИ ГКНТ СССР САНИЕ ИЗО К АВТОРСКОМУ СВИ 6) Авторское свидетельство СС М 1187152, кл, 6 05 С 23/00, 19 Авторское свидетельство СС М 1191888, кл, 6 05 В 23/00, 19Изобретение относится С- пытаний и контроля цифра управления и их элементов.Целью изобретения является повыш ние точности контроля,В основу предлагаемого способа авто- контроля взят оригинальный физический принцип возбуждения колебаний в цифровых системах автоматического управления (САУ), Как правило, входные и выходные координаты объекта управления цифровой системы имеют непрерывную форму, поэтому в цифровых САУ осуществляется временная дискретизация - квантование непрерывных сигналов по времени в устройстве сопряжения объекта с цифровой системой управления (аналого-цифровом преобразователе), т,е, переход от аналоговой к цифровой форме выходного сигнала, и обратный переход на входе - в цифроаналоговом преобразователе. Современные цифровые системы допускают широкий диапазон регулируемого изменения частоты данного квантования.(54) СПОСОБ АВТОМАТИЧЕСКОГО КОНТРОЛЯ ЦИФРОВЫХ СИСТЕМ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для контроля цифровых систем и их элементов. Цель изобретения - повышение точности контроля. Цель достигается за счет использования в качестве контролируемого параметра критического периода временной дискретизации цифровой системы автоматического управления. 1 ил. Учитывая, что увеличение периода квантования Т в системе неизбежно приводит к общей потере устойчивости, и то, что критическое значение периода квантования Т при котором это происходит, жестко связано со значениями всех параметров системы, предлагается использовать это свойство цифровых САУ для контроля, а величину Т - в качестве контролируемого параметра. Нарастание амплитуды колебаний в цифровом САУ при Т=Т относится к явлению параметрического резонанса, Изменяющимся параметром является коэффициент усиления импульсного элемента в устройстве фиксации уровня управляющего сигнала, равный нулю в разоь;нутом состоянии и единице в замкнутом. Период колебаний этого параметра равен периоду квантования. Независимость факта наблюдения параметрического резонанса в цифровых САУ от вида объекта управления (как по его природе - механической, электрической и др, так и по виду его описания - передаточнаяфункция, структурная схема, зависимость вход-выход и пр.) и использование дпя функций контроля блоков, непосредственно входящих в цифровую систему, позволяют в значительной степени унифицировать процедуру контроля. Повышение точности достигается за счет независимости контролируемой величины Т от точности задания входного сигнала системы в режи. ме контроля, Вычисление контрольной характеристики Т осуществляется практически со сколь угодно малой погрешность о, которая определяется только величиной изменения периода квантования Л в системе за один шаг контроля. Величина Л определяет доверительный интервал фиксации значения контролируемого параметра, так как последнее определяется по формулеТ= Тр+ кхЛ,где Тр - рабочее значение периода квантования в контролируемой системе;к - количество шагов контроля, потребовавшихся для возбуждения в системе параметрического резонанса.Регистрация возникших параметрических колебаний по величине управляющего сигнала на входе объекта управления путем сравнения с расчетным уровнем Оп позволяет поддерживать любую наперед заданную точность вычисления Т" за счет определения Оп и времени Т 1 каждого шага контроля в зависимости от величины Л и с учетом основных (неменяющихся) свойетв контролируемой системы. Дпя формирования решения об исправности системы фиксированная величина контролируемоо параметра сравнивается с эталонным значением, определенным для заведомо исправной системы. Таким образом, при построении процедуры (алгоритма) контроля по предлагаемому способу можно выделить три основных этапа - расчет необходимых констант, определение эталонного значения контролируемого параметра Тэ в заведомо исправной системе и этап непосредственно контроля.Величины Л, Т 1 и Оп определяются по таким паспортным данным контролируемой цифровой САУ, как о- максимальное пере- регулирование в системе, т - время регулирования, со- собственная частота системы, или другим заданным параметрам интегрального характера, Известно, что в системах 1-3 порядка и в большинстве цифровых САУ более высокого порядка (в силу того, что процедуры их синтеза сводятся, как правило, к построению упрощенных аналогов более низкого порядка, отвечающих заданным показателям качества) при непрерывном (теоретически) или достаточно мелкодискретном (на практике) изменении периодаквантования на границе устойчивости реа 5 лизуются только периодические движения,соответствующие первому и второму параметрическим резонансам, Кроме того, анализ цифровых САУ на базе теориипараметрического резонанса показывает,10 что зоны неустойчивости, соответствующиечетным резонансам, полностью поглощаются зонами неустойчивоСти нечетных резонансов, и соответствующие имТ-периодические движения не являются ре 15 ализуемыми.Таким образом, технически реализуемым режимом при выходе цифровой САУ награницу устойчивости является 2 Т-периодическое движение, соответствующее основ 20 ному (первому) параметрическомурезонансу. В то же время внесение неограниченного запаздывания в систему при фиксации уровня управляющих сигналовгарантирует наличие этого режима для пю 25 бой цифровой системы, Связь между величинами Т, и и дописывается в этом случаесоотношениямиТ = л/в, т =4 лlш (")Определяя Л как максимально допусти 30 мый уход контролируемого параметра Т отэталонного значения Т+ и связывая его с, допустимым уходом одного из паспортныхГпараметров качества, например ю, получим35 4( )1(2)Величина Т 1 опрсдепяет время полногозатухания переходного процесса в системе,вызванного входным воздействием Ов, и составляет40 Т 1=3 т, (3)С учетом паспортных ограничений наамплитуду входного сигнала оптимальноезначение последней рассчитывается кака (Чв) = 2 (а 1+ а 2),1(4)где а 1 - максимально допустимая величинасигнала на входе САУ,а 2 - порог нечувствительности на входе.Учитывая инерционные свойства конт 50 ропируемой системы, длительность входного воздействия определяется какт(О)=0,5 Т 1, (5)Расчетная или экспериментально снятаязависимость сг(т) служит для определения55 Оп= О(Трасч- 4, (6)Соотношения (2), (3) и (б) определяютзначения исходных констант Л, т 1 и Оп дляалгоритма контроля, а (4) и (5) - параметрывходного воздействия.возбуждения системы 10 15 20 30 35 40 Подавая сигнал О на вход заведомо исправной системы на каждом шаге изменения Т от значения Тр на величину Л, амплитуду сигнала на выходе цифроаналогового преобразователя сравнивают с допустимым уровнем Оп в течение промежутка времени Т 1, и в случае превышения фиксируют значения Т:Тэ+=Тр+ и х Л, где и - количество шагов, потребовавшихся для В режиме непосредственно контроля действия по возбуждению цифровой САУ повторяются аналогично предыдущему этапу, Определенное значение Т =Тр+1 х Л,где М - количество шагов, необходимое для возбуждения системы, сравнивается с Тэ. Система считается неисправной, если Тэ - ТЛ (илии - 11),так какв этом случае уход паспортного параметра качества превышает допустимое значение.На чертеже представлен пример схемыреализации устройства для осуществленияспособа.На схеме обозначены генератор 1 импульсов, формирователь 2 входного сигнала, цифровой блок 3 контролируемой САУ, цифроаналоговый преобразователь 4, объект 5 управления, аналого-цифровой преобразователь б, счетчик 7 приращений, ключ 8, блок 9 сравнения, источник 10 напряжения, многоразрядный элемент ИЛИ 11, блок 12 вычитания (в двоичном коде), эталонный счетчик 13 и переключатель 14 режимов.Устройство работает следующим образом.До запуска устройства в режиме контроля или определения эталонного значения контролируемого параметра в источнике 10 выставляется расчетное напряжение Оп, в блок 3 заносится значение Л, а преобразователи 4 и б находятся в исходном состоянии Т=ТР. Н.а этапе определения Тэ переключатель 14 находится во включенном состоянии, и сигнал с его выхода, поступая на управляющий вход счетчика 13, открывает его для записи нового значения, одновременно обнуляя его содержание, Включение остальной части схемы осуществляется запуском генератора 1,Импульсы с генератора 1 с периодом Т поступают на входы счетчика 7 и формирователя 2, на выходе которого формируется сигнал 08, поступающий на вход блока 3, На выходе счетчика 7 формируется сигнал, несущий информацию о количестве импульсов, пришедших с генератора 1 с момента включения. Он подается в блок 3 на вход управления величиной периода квантования, в результате чего значение Т формируется в соответствии с законом Т=Тр+ х Л где- текущее значение на выходе счетчика 7, Одновременно сигнал со счетчика 7 поступает на вход ключа 8. С выхода блока 3 управляющий сигнал через преобразователь 4 поступает на вход объекта 5 и первый вход блока 9. Сигнал с выхода объекта 5 преобразуется в цифровой сигнал и с вычисленным периодом квантования Т обрабатывается в блоке 3, поступая на его вход и замыкая таким образом обратную связь в САУ. На второй вход блока 9 поступает сигнал Оп с выхода источника 10 для сравнения его с сигналом иэ преобразователя 4. В том случае, если выходное напряжение с преобразователя 4 превышает по абсолютному значению уровень, заданный источником 10, что соответствует возникновению в схеме незатухающих колебаний, на выходе блока 9 формируется управляющий сигнал на замыкание ключа 8, В этом случае сигнал с выхода счетчика 7 поступает на первый вход блока 12, второй вход которого обнулен, как и содержание счетчика 13, к выходу которого он подключен. Таким образом, значение и из счетчика 7 с выхода блока 12 записывается в счетчик 13. Для приведения контролируемой системы (САУ) в исходное невозмущенное состояние замкнутый контур САУ размыкается сигналом с выхода блока 9 за счет отключения преобразователя б. Этим ке сигналом отключается генератор 1 и обнуляется счетчик 7.На этапе непосредственно контроля переключатель 14 выключен, При этом счетчик 13 работает в режиме выдачи содержания, и цифровой сигнал, соответствующий значению и, поступает на второй вход блока 12, Остальная часть схемы устройства работает так же, как на этапе определения эталонного значения Тэ, т.е. по превышению сигналов с выхода преобразователя 4 расчетного уровня Ол с выхода источника 10 осуществляется передача цифрового сигнала, несущего значение к, на первый вход блока 12. Двоичный код разности, сформированный на выходе блока 12, за исключением сигналов нулевого и знакового разрядов, поступает на многоразрядный вход элемента ИЛИ 11, При наличии на входах элемента ИЛИ 11 хотя бы одного сигнала единичного уровня формируется единичнъй сигнал - сообщение о неисправности системы, В противном случае сигнал на выходе элемента ИЛИ 11 - нулевой, и система считается исправной. Формула изобретения Способ автоматического контроля цифровых систем автоматического управпения,Тираж .482сударственного комитета113035, Москва, Ж аказ 1950 ВНИИП Подписное м и открытиям при ГКН аб 4/5 о изобрете 5, Раушск Производственно-издательский комбинат "Патент", г, Ужгород, ул. Гагарина,заключающийся в том, что в системе автоматического управления воздействием внешнего входного сигнала возбуждают незатухающие колебания, определяют значения контролируемого параметра, определяют абсолютную величину разности контролируемого и эталонного значений контролируемого параметра, сопоставляют разность с установленным допуском и при превышении разности допуска определяют неисправность цифровой системы автоматического управления, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности контроля, рассчитывают период повторения внешнего входного сигнала, эталонное и допустимое отклонения контролируемого параметра, максимальное время регулирования и перерегулирования сигнала ошибки и допустимый уровень сигнала ошибки, подают внешний входной сигнал с заданным 5 периодом повторения и на каждом шагеувеличивают период временной дискретизации на допустимое отклонение контролируемого параметра, фиксируют номер шага от начала процедуры, сравнивают сигнал ошибки 10 с его допустимым уровнем и в случае превышения допустимого уровня фиксируют значения контролируемого параметра, равного сумме заданного значения периода временной дискретизации и произведения допусти мого отклонения контролируемого параметрана число зафиксированных шагов.