Экстремальный регулятор

(53) УДК 62. 50 (088.8) но делам нзооретеннй н открытийОпубликовано 30.06.80. Бюллетень 24 Дата опубликования описания 30.06,80 ГМ. А, Москаленко(71) Заявитель(54) ЭКСТРЕМАЛЬНЫЙ РЕГУЛЯТОР Изобретение относится к автоматике, в част. ности, к адаптивным системам, и предназначено для автоматического определения и поддержа. ння оптимального режима работы объектов с меняюшимися и/или неизвестными характеристиками, в том числе обладающими большой инерционностью и/или транспортным запаздыванием и имеюшими ограничения на величину хотя бы одного оптимизируемого параметра объекта регулирования и может быть использовано для автоматической оптимизации, например, режимов химических и технологических процессов.Известен двухканальный экстремальный регулятор, содержаший датчики предельных значений технических параметров режима работы агрегатас выходными реле, концевые выключатели, два исполнительных устройства с усилителями и логическими схемами И в схеме управления реверсом, запоминающее устройство с триггером, последовательно соединенные логические ячейки, триггер со счетным входом, источник смещения и реле ограничений 1.Однако этот экстремальный регулятор обладает ограниченными функциональными возможностями в связи с тем, что число оптимизируемых параметров не может быть больше двух,Наиболее близким по технической сушностиФ и достигаемому эффекту к предлагаемому является многоканальный статистический оптимизатор, содержащий триггер знака, квантователь уровня, связанный с блоком анализа последо.вательности импульсов, триггер задания шага и скорости поиска и исполнительные меха.низмыИОднако этот регулятор имеет непрерывные поисковые колебания в зоне экстремума и обла.дает ограниченными функциональными возможностями в связи с тем, что не может работать при наличии.ограничений на величину хотя бы одного оптимизируемого параметра.Цель изобретения - устранение непрерывных поисковых колебаний и расширение функциональных возможностей регулятора.Поставленная цель достигается тем, что, в регулятор дополнительно введены датчики предельных значений параметров, кольцевое пересчет;"ное устройство, Д.триггер остановки и первый второй и третий элементы ИЛИ, причем третий744452 40 3вход блока анализа последовательности импуль/сов соединен со вторым входом второго элемента ИЛИ и выходом первого элемента ИЛИ, четвертый вход - со вторым входом трег 4,его элемента ИЛИ, установочными входами кольцевогопересчетного устройства, установочным входомтриггера задания шага и скорости поиска и установочным 8-входом триггера остановки, пятый вход с выходом триггера зацания шагаи скорости поиска, третъим входом квантователя уровня и четвертыми входами исполнительных механизмов, первый выход - с первымвходом третьего элемента ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства, второй выход - с установочнымЯ-входом триггера остановки, выходы кольцевого пересчетного устройства соединены с соответствующими входами блока анализа последовательности импульсов и первыми входамисоответствующих исполнительных механизмов,вторые входы которых соединены с выходомтриггера знака, третьи входы - с выходомтриггера остановки, выходы исполнительныхмеханизмов через датчики йредельных значенийпараметров соединены с соответствующими вхо.дами первого элемента ИЛИ, второй выходквантователя уровня соединен с первым входомвторого элемента ИЛИ и О-иС-входамитриггера остановки, и-й выход кольцевого пересчетного устройства соединен с О - и С-входами триг.гера заданияшага и скорости поиска, выходтретьего элемента ИЛИ соединен со вторымвходом квантователя уровня, выход второгоэлемента ИЛИ соединен со входом триггеразнака.35На чертеже представлена структурная схемапредлагаемого универсального многомерногоэкстремалъного регулятора.Регулятор содержит триггер 1 знака, исполнительные механизмы 2, квантователь 3уровня, блок 4 анализа последовательностиймпульсов, триггер 5 задания шага и скоростипоиска, датчики 6 предельных значений параметров, первый элемент 7 ИЛИ, кольцевое пересчетное устройство 8, О-триггер 9, остановки сустановочными В - 8 входами, а также второйи третий элементы 10 и 11 ИЛИ. Первый ивторой выходы квантователя 3 уровня соединены с соответствующими входами блока 4анализапоследовательности импульсов, третий50вход которого соединен со вторым входомвторого элемента 10 ИЛИ, четвертый входсо вторым входом третьего элемента 11 ИЛИ,установочными входами кольцевого пересчетного устройства 8, установочными В-входом55О.триггера 5 задания шага и скорости поиска.и 3-входом О-триггера 9 остановки, пятыйвход - с выходом триггера 5 задания шагаи скорости поиска третьим входом кванто 41 вателя 3 уровня и четвертыми входами испол.нительных механизмов 2, первый выход - с первым входом третьего элемента 11 ИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства 8, а второй выход - с установочным В входом О-триггера 9 остановки.Выходы кольцевого пересчетного устройства 8соединены с соответствующими входами блока 4 анализа последовательности импульсов ипервыми входами соответствующих исполнительных механизмов 2, вторые входы которых соединены с выходом триггера 1 знака, а третьи входы - с выходом триггера 9 остановки. Выходыисполнительных механизмов 2 каналов, в которых есть ограничения на веггичины оптимизиру.емых параметров, через датчики 6 предельныхзначений соединены с соответствующими входами первого элемента 7 ИЛИ, Второй выходквантователя 3 уровня соединен с первым входом второго элемента 10 ИЛИ и О.и С-входами О-триггера 9 остановки и-й выход кольцевого пересчетного устройства 8 соединен с О - иС входами триттера 5 задания шага и скоростипоиска. Выход третьего элемента 11 ИЛИ соединен со вторым входом квантователя 3 уровня. Выход второго элемента 10 ИЛИ соединенсо счетным входом триггера 1 знака,Экстремальный регулятор работает следующим образом.В начальный момент времени по импульсу"Пуск" триггер 5 задания шага и скоростипоиска устанавливается в состояние "1", триггер9 остановки - в состояние "1", кольцевоепересчетное устройство 8 - в состояние "1 - ОО", Импульс "Пуск" через элемент 11 ИЛИвоздействует также Йа второй вход квантователя 3 уровня, устанавливая исходный у 1 овеньквантования функции показателя качества, поступающей с выхода объекта регулированияна первый (аналоговый) вход квантователя 3уровня. Логическая "1" с выхода триггера 5задания шага и скорости поиска воздействуяна третий вход квантователя 3 уровня, устанавливают его в состояние "Большой шаг" и,воздействуя на четвертый вход исполнительныхмеханизмов 2, устанавливает их в состояние"Большая скорость". Логическая "единица"с выхода первого разряда кольцевого пересчет.ного устройства 8 воздействует на первый входпервого из исполнительных механизмов 2 ипоследний начинает изменение первого из оптимизируемых параметров в направлении, определяемом состоянием триггера 1 знака. При этомизменения остальных оптимизируемых параметров не происходит, ггоскольку на их первыевходы соответствующих им исполнительных ме.ханизмов 2 воздействует логический "О" с выходом соответствующих разрядов кольцевогопересчетного устройства 8, что соответствует. метр Х, подчиняется одному из неравенств. критерием, что в данном"канале регулированияа(х, (Ь частный экстремум находится вне зоны допуиличх,)а 5 стимых значении регулируемого параметра иилнчто найдено ближайшее к экстремуму значениегде а, Ь - предельно допустимые значения функции показателя качества, при котором реоптимизируемого параметра х 1. гулируемый параметр,еще находится в зонеСоответствующий из датчиков 6 предельных допустимых значений.значений по достижении оптимизируемым параметром своего предельно допустимого значения Импульс "Переход" поступает на вход такформирует короткий импульс "Предельное зна- товых импульсов кольцевого пересчетного устрой.чение" (ПЗ), воздействующий через элементы ства 8, переводит логическую "1" в следую 7 и 10 ИЛИ на счетный вход триггера 1 знака, щий его разряд, т,е. в состояние "0 - 1 - 00", .по которому. триггер 1 знака изменяет свое 15 и начинается процесс отыскания частного экстре.состояние на противоположное, что приводит мума по следующему регулируемому параметру.к реверсу соответствующего исполнительного Кроме этого, импульс "Переход" через элементымеханизма 2. функция показателя. качества с вы ИЛИ постУпает на тРетий вход квантователЯхода объекта регулирования вследствие измене УРовнЯ, УстанавливаЯ в качестве исходногония параметра х, также изменяется и, в за- уровня квантования для отыскания частноговисимости от направления этого изменения, на экстремума по регулируемой переменной хкпервом выходе квантователя 3 уровня появля- величину У; Х Отыскивается частныйются импульсы приближения экстремума (ПЭ) экстремум по следующему регулируемомупри изменении функции показателя качества параметру. Далее процесс повторяется до окон.на шаг квантования (поиска) по направлению 25 чания цикла регулирования, т,е. до завершенияк экстремуму, а на втором выходе квантователя процесса отыскания частного экстремума по по 3 уровня появляются импульсы удаления экстре следнему регулируемому параметру, когда ломума (УЭ) - при изменений функции показа- гическая "единица" с выхода последнего, п-готеля качества на шаг квантования по направле- Разряда кольцевого пересчетного устройства 8, нию от экстремума. Импульсы УЭ через элементЗО воздействуя на О-и С-входы триггера 5 задания10 ИЛИ посту 11 ают на счетный вход триггера шага и скорости поиска, переводит,его в состо 1 знака, который по каждому импульсу УЭ, якие "0", что соответствует состоянию кванторавно как и по импульсу ПЗ, изменяет свое со- . вателя 3 уровня "Малый цаг" и состоянию ис. стояние на противоположное, что приводит к полнительных механизмов 2 "Малая скорость", р версу соответствующего исполнительного ме- Циклы регулирования по всем параметрам с маханизма 2. Последовательность появления импуль. лым шагом поиска (квантования) и малой скосов ПЭ, УЭ и ПЗ анализируется блоком 4 ана. Ростью изменений парамвтров повторяются" дотех лиза последовательности импульсов, который пор, пока в одном цикле;регулирования во всех формирует на первом выходе импульс "Пере. каналах регулирования не будет обнаружена одход" при обнаружении любой иэ последователь. на из последовательностей импульсов: УЭ - ПЭ - УЭ -ностей: - ПЭ - ПЗ - УЭ - ПЗ или УЭ - ПЗ, каждая из которыхПЗ-УЭ-ПЭ, ПЭ-ПЗ, УЭ-ПЗ. является критерием того, что в соответствующйхПоследовательность ПЗ - УЭ - ПЭ является кри- указанным последовательностям каналах регу. терием того, что в данном канале регулирова- лирования с точностью не хуже шага квантования с точностью не хуже шага квантования (по, ния (поиска) обнаружится либо частный зкстре 45иска) найден частный экстремум функции пока. мум, либо ближайшее к нему значение функции зателя качества, под которым понимается показателя качества, при котором регулируемый щах=бах "К(ХХ Х 1)Хх=а паРаметр еще находится в зоне допустимыхх х ,х х:гопак значений, Поскольку предполагается, что функ 1 Ггде Е(х Хс - функции показател качествация показателя качества гладкая, обнаружение50(здесь и в дальнейшем предпо- указанных последовательностей в одном циклелагается, что эта функция глад- регулирования во всех каналах регулированиякая и в течение времени, необ. является критерием того, что находится либоходимого для нахождения гло- глобальный. экстремум функции показателя ка-бального экстремума может счи- чества (если он находится в зоне допустимых55таться статической); значений регулируемых параметров), либо бливеличинанайдепногочастотно- жайшее к глобальному экстремуму значениего экстремума функции показа функции показателя качества, при котором ве.теля качества; личины регулируемых параметров еще находятся в зоне допустимых значений. При этом на втором выходе блока 4 анализа последовательйости импульсов формируется короткий импульс, поступающий на установочныи В-вход О триггера 9 остановки и переводящий его в состояние "0", что соответствует остановке всех исполнительных механизмов. Если теперь статическая экстремальная характеристика смещает. ся таким образом, что функция показателя качества изменяется по направлению от экстре мума на величину, равную или большую шагу квантования (поиска), на втором выходе квантователя 3 уровня появляется импульс УЭ, который воздействует на О- и С-входы триггера 9 остановки, который переходит в состояние ф 1",15 что приводит к включению исполнительных механизмов. Процесс поиска экстремума повторяется вновь до отыскания новых координат глобального экстремума либо ближайшего к нему значения функции показателя качества,эр при котором величины регулируемых параметров еше находятся в зоне допустимых значений,Использование предлагаемого экстремальногорегулятора позволяет автоматически оптимизировать режим работы объектов, имеющих ограничения на величины регулируемых параметров, и при этом не возникает непрерывных поисковых колебаний в зоне экстремума, что позволяет исключить энергозатраты на них.30Формула изобретенияЭкстремальный регулятор, содержащий триггер знака, квантователь уровня, связанный с блоком анализа последовательности импульсов, триггер задания шага и скорости поиска и исполнительные механизмы, о т л и ч а ю щ и й. ся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей регулятора, в него введены датчики предельных значений параметров, коль. цевое пересчетное устройство, О-триггер останов- щ ки и первый, второй и третий элементы ИЛИ,причем третий вход блока анализапоследовательности импульсов соединен со вторым входом вто.рого элемента ИЛИ и выходом первого элемента1ИЛИ, четвертый вход - со вторым входомтретьего элемента ИЛИ, установочными входами кольцевого пересчетного устройства, установочными входом триггера задания шага и скорости поиска и установочным Я-входом григгера остановки, пятый вход - с выходом триг.гера задания шага и скорости поиска, третьимвходом квантователя уровня и четвертымивходами исполнительных механизмов, первыйвыход - с первым входом третьего элементаИЛИ и входом тактовых импульсов кольцевого пересчетного устройства, второй выход -с установочным В-входом триггера остановки,выходы кольцевого пересчетного устройства сое.динены с соответствующими входами блока ана.лиза последовательности импульсов и первымивходами соответствующих исполнительных механизмов, вторые входы которых соединеныс выходом триггера знака, третьи входы - с выходом триггера остановки, выходы исполнительных механизмов через датчики предельных значений параметров соединены с соответствующими входами первого элемента ИЛИ, второй выход квантователя уровня соединен с первымвходом второго элемента ИЛИ и О- и С-входа.ми триггера остановки, п.й выход кольцевогопересчетного устройства соединен с О- и С-входами триттера задания шага и скорости поиска,выход третьего элемента ИЛИ соединен со вто.рым входом квантователя уровня, выход вто.рого элемента ИЛИ соединен со входом триггера знака.Источники информации,принятые во внимание при экспертиз:1, Авторское свидетельство СССР Мо 268533,кл, 6 05 В 13/02, 1969.2. Авторское свидетельство СССР Я" 326550,кл, 6 05 В 13/02, 1970 (прототип).744452 Редактор В,аненко акаэ 3788(10 Тираж 956ИИПИ Государственного копо делам изобретений и о35, Москва, Ж - 35, Раушская исно митетакрьний 130 45