Устройство для моделирования оптимальной системы управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛ ИСТИЧЕСНИРЕСПУБЛИК 6 С 7/6 РЕТЕН АНИЕ ТЕЛЬСТВУ АВТОРСКОМУ С юл, 929дена Трудовитехническиев, В.И.Кон го К инстиец.8)видетельств06 С 7/66,детельство06 С 7/66,ССР1981. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТ(7 1) Одесский оного Знамени пол(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ(57) Изобретение относится к гибридной вычислительной технике, С цельюповьппения точности моделирования опти.мального управления объектом с распределенными параметрами в устройствовведены блок 13 оптимизации, второйгенератор 11 импульсов и блок 12 определения окончания переходного процесса, первый и второй входы которогосоединены с выходом блока 6 задания1249549 эталонного напряжения и выходом ЕСсетки 1 соответственно, третий входблока 12 определения окончания переходного процесса подключен к инверсному выходу первого генератора 10 импульсов, выход блока 12 соединен спервым входом блока 13 оптимизации,второй и третий входы которого подключены к прямому и инверсному выходам первого генератора 10 импульсовсоответственно, четвертый вход блока13 оптимизации, как и второй вход ци.фрового блока 14 регулируемой задержки, подключен к выходу второго генератора 11 импульсов, выход блока 13 Изобретение относится к гибриднойвычислительной технике и предназначено для автоматического решения задачоптимального по быстродействию управления системами с распределительными 5параметрами при наличии множеств ограничений на входные и выходные координаты,Цель изобретения - повышение точности моделирования.На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для моделирования оптимальной системы управления;на фиг.2 - временные диаграммы, пояс.няющие его работу,15Устройство содержит КС-сеткувместе с блоком задания начальных условий, управляемый стабилизатор 2 тока, компаратор 3, коммутатор 4, блок5 задания максимально допустимого20входного воздействия, блок 6 заданияэталонного напряжения, триггер 7,блок 8 ограничителей, элемент ИЛИ 9,первый генератор 10 импульсов, второй25генератор 11 импульсов, блок 12 определения окончания переходного процесса, блок 13 оптимизации, цифровойблок 14 регулируемой задержки.Блок 12 определения окончания переходного процесса содержит дифференциатор 15, первый блок 16 определениямодуля, первый источник 17 эталонногонапряжения, первый компаратор 18,второй компаратор 19, второй источник20 эталонного напряжения, второй 35 оптимизации соединен с третьим входомцифрового блока 14 регулиРуемой задержки. Введение в устройство дополнительных блоков и связей между нимиобеспечивает поиск оптимального управ.ления, исходя иэ минимизации временипереходного процесса при переводеобъекта из начального установившегосясостояния в заданное конечное, чтопозволяет повысить точность решения.Устройство может быть использованодля определения оптимального по быстродействию программного управлениядля теплофизического объекта2 ил. блок 21 определения модуля, дифферент-циальный усилитель 22, элемент И 23,,триггер 24.Блок 13 оптимизации содержит диф,реренцирующую цепочку 25, элемент И26, счетчик 27, регистр 28, цифровойкомпаратор 29, Цифровой блок 14 регулируемой задержки содержит первыйсчетчик 30, второй счетчик 31, цифровой компаратор 32.КС-сетка 1 является основным блоком устройства, состоит из узловыхемкостей и резисторов и включает всебя блок задания начальных условий.В результате интегрирования исходныхуравнений на КС-сетке 1 формируетсятекущее значение вектора состоянияуправляемого объекта,Блок 8 ограничителей состоит иэ отдельных независимых ограничителей, причем порог срабатываннч каждого из них равен напряжению. соответствующему допустимой скорости изменения входной регулируемой величины для.ограничителя 81 или допустимому уровню температурного градиента для заданных точек для ограни чителей о. 8,2 до 8.1 с. Блок 12 служит для определения момента времени окончания переходного процесса. Перевод объекта иэ одного в другое установившееся состояние на 4 аэовой плоскости (х и х), где1 П ютпричем (П, - напряжение, соответствующее температуре статирования; 0,. -напряжение, соответствующее температуре в контрольной точке), представляет собой перевод изображающей точкииэ некоторого исходного состояния внекоторую Е-окрестность начала коорди.нат (1 х( Е иХ( Е). Момент попадания изображающей точки фазовой траектории в Е-окрестность классифицируется блоком 12 как момент окончанияпереходного процесса, т. е. выходаобъекта в режим,15Блок 13 оптимизации служит для реализации алгоритма поиска времени фор.сажного разгона, при котором обеспечивается минимальное время переходного процесса, После каждого перевода 2 Ообъекта из начального состояния в конечное блок 13 произодит сравнениевремени переходного процесса для предыдущего и текущего циклов решения.В результате сравнения блок 13 принимает одно из двух решений, Если выполняется условие, что время переходногопроцесса в текущем цикле меньше вре -мени переходного процесса в предыдущем цикле, то увеличивается время ЗОфорсажного разгона на временный шаги осуществляется следующий цикл решений. Если условие не выполняется, тоэто означает, что время переходногопроцесса при найденном времени форсаж.зного разгона является минимальным,Цифровой блок 14 регулируемой зацержки служит для задания в процессепоиска времени форсированного раэго-4 О,нй, т. е. момента переключения управления с форсированного разгона в режим статирования,Устройство работает следующим образом,45Рассмотрим работу устройства, где,в качестве объекта управления возьмем, например, термостатирующее устройство.До начала работы оператор устанавливает счетчик 3 1, определяющий времязадержки, в нулевое состояние и записывает в счетчик 27 максимально возможный код,Импульс подготовки ь, с инверсного выхода первого генератора импульсов устанавливает начальные условия вКС-сетке 1, устанавливает счетчик 30,1249549 4и 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 триг.гера 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 компа-.ратора 3 поступают сигналы отрицатель ной обратной связи с выхода и входа КС-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 напряжения.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 значений 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 распределенными 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 генератора15 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 1120 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 компаратора 29 появляется импульс, который увеличивает код счетчика 31 на единицу. В следующем цикле решения переход с форсированного режима наре жим статирования задерживается на время, соответствующее периоду следования импульса (дС) с второго генератора 11 Во всех последующих циклах это время увеличивается на д 1 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 цифрового компаратора 29 и во всех последующих циклах не произойдет изменение длительности форсированного разго на, т, е. определенное время форсированного разгонаобеспечивает минималь ное время переходного процесса. Время форсированного разгона определяется кодом И, записанным в счетчике 31, и, равно И д.50Формула из обретенияустройство для моделирования оптимальной системы управления, содержащее КС-сетку, информационный вход которой 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 другихограничителей блока, вторые входы дру. гих ограничителей блока подключены к группе выходов КС-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 выходамтриггера соответственно, нулевой вхобкоторого соединен с выходом цифровогоблока регулируемой задержки, первыйвход установки в исходное состояниецифрового блока регулируемой задержкии управляющий вход КС-сетки соединень 1 с инверсным выходом первого генератора импульсов, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения точностимоделирования, в него введены блокопределения окончания переходногопроцесса, 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 диф1249549 ехред В. К Корректор М.Демчик Редактор Л.Грат Заказ 4327/ Тираж 671 ВНИИПИ Государственного ко по делам изобретений и 3035, Москва Ж, РаушскПодписнота СССР ыт 4/ а Производствен играфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная,ференциального усилителя и вход дифференциатора являются вторым входомблока определения окончания переходного процесса и соединены с соответствующим выходом группы КС-сетки, 5единичный вход триггера является третьим входом блока определения окончания переходного процесса и подключенк инверсному выходу первого генератора импульсов, выход триггера является выходом блока определения окончания переходного процесса и соединенс первым входом блока оптимизации,включающего элемент И, дифференцирующую цепочку, счетчик, регистр, компараторпервый информационный входкоторого соединен с информационнымвыходом регистра, информационный входкоторого и второй информационный входкомпаратора соединены с информационным выходом счетчика, счетный вход ивход установки нуля которого подключены к выходам элемента И и дифференцирующей цепочки соответственно, причем первый вход элемента И .и стробирующий управляющий вход компаратораявляются первым входом блока оптими-зации, вход дифференцирующей цепочкии второй вход элемента И являютсявторым входом блока оптимизации и соединены с прямым выходом первого генератора импульсов, вход раэрешейиязаписи регистра, третий вход элементаИ и вход записи максимального кодасчетчика являются третьим, четвертыми пятым входами блока оптимизации соответственно, выход которого являетсявыходом компаратора и подключен квходу определения времения форсированного разгона цифрового блока регулируемой задержки, информационный входкоторого соединен с выходом второгогенератора импульсов, выход которогоподключен к четвертому входу блока оптимизации, инверсный выходпервогогенератора импульсов соединен с третьим входом блока оптимизации, прямой выход первого генератора импульсов подключен к единичному входу триггера устройства, установочный входустройства соединен с пятым входомблока оптимизации и с вторым входомустановки в.исходное. состояние цифрового блока регулируемой задержки.