Устройство для экстремального регулирования

ОПИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТРРСКОМУ СВИ ЕТЕЛЬСТВУ Союз Советскик Социалистическик Республик(22) Заявлено 210979 (2) 2828752/18-24с присоединением заявки Мо(51)М. Кл. С 05 С 13/00 Государственный комитет СССР по делам изобретений и открытийГосударственный проектно-конструкторский и научноисследовательский институт по автоматизациии угольнойпромышленности и Куэбасский политехнический институт(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ЭКСТРЕМАЛЬНОГО РЕГУЛИРОВАНИЯ Изобретение относится к автомати- ческому управлению и может быть использовано для автоматического регулирования объектами в условиях помех.Известна система автоматического регулирования индетерминированными объектами, в которой предусмотрено наличие как положительной, так и отрицательной обратных связей, что позволяет осуществить регулирование выходного сигнала объекта в условиях помех, вызывающих отклонение выходно-, го сигнала от оптимального 11. Недостатками известного устройства 25 являются невысокая скорость отысканияэкстремума и, как результат, его малое быстродействие. Недостатки обусловлены тем, что система ожидает прекращения дрейфа статической харак" 30 теристики, а не гасит его, что не эфОднако при воздействии на объект помехи, вызывающей дрейф статической характеристики, данная система не устраняет, а лишь усредняет его.Это обусловлено тем, что при частоте дрейфа больше частоты опроса, система, суммируя положительную и отрицательную составляющие дрейфующего выходного сигнала объекта, формирует приращение входного сигнала объекта пропорционально усредненному рассогласованию между значениями выходного сигнала объекта и его оптимальным уровнем за период опроса. При совпадении частоты дрейфа выходного сиг"ала объекта с частотой опроса система теряет устойчивость.Наиболее близким по техническойсущности и достигаемому результату к предлагаемому является устройство для экстремального регулирования,содержащее генератор импульсов и последовательно соединенные запоминающий регистр, оптимизатор и исполнительный механизм, выход которого соединен со входом объекта регулирования, подключенного выходом через последовательно соединенные датчик обратной связи и элемент И ко второму вхо ду оптимизатора, первый и второй выходы генератора импулъсов соединены соответственно со вторым входом датчика обратной связи и третьим входом оптимизатора, второй и третий вы ходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами запоминающего регистра )2.фективно при наличии длительногодрейфа статической характеристики,Цель изобретения - повышение скорости отыскания экстремума в условиях помех, вызывающих дрейф статической характеристики и быстродействияустройства,Указанная цель достигается тем,чтоустройство для экстремального регулирования содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер иформирователь сигнала регулирования,первый вход которого соединен со входом генератора импульсов, второйвход - со вторым входом датчика обратной связи, третий вход - с первым выходом оптимизатора, четвертыйвход - с вторым входом блока сравнения и выходом запоминающего регистра, пятый вход - с выходом датчика обратной связи и вторым входомблока сравнения, а выход - со вторымвходом исполнительного механизма,второй вход триггера соединен со вторымвходом запоминающего регистра, а второй выход - со вторым входом элемента И.Кроме того, формирователь сигнала регулирования содержит формирователь коэффициента регулирования,первый, второй, третий и четвертый блоки умножения, первый и второй сумматоры, вычислитель и блок памяти,первый вход которого соединен с выходомвычислителя и с выходом формирователя сигнала регулирования, второй итретий входы соответственно - со вторым и третьим входом формирователясигнала регулирования, а выход -с первым входом вычислителя, первыйвход формирователя сигнала рассогласования соединен с первыми входамиблоков умножения, четвертый вход -со вторыми входами второго и четвертого блоков умножения, третьими входами подключенными к первому выходуформирователя коэффициента регулирования, второй выход которого соединен со вторыми входами первого итретьего блоков умножения, а вход -с третьими входами первого .и третьего блоков умножения и с пятым входомформирователя сигнала регулирования,выходы первого и второго блоковумножения соединены через первыйсуююатор с первым входом вычислителя, а выходы третьего и четвертогоблоков умноаения через второй сумматор подключены ко второму входу вычислителя,На фиг, 1 представлена блок-схемаустройства экстремального регулирования, на фиг. 2 " то же, формироватвла регулирующих сигналов) на фнг, Э - зависимость параметров копания экскаватора ЭКГИ от толщины стружки для глинистых грунтов,Устройство экстремального регулированкя (фиг. 1) содержит объект 1 регулирования с экстремальной характеристикой, датчик 2 обратной связи.преобразующий выходной сигнал объекта из аналоговой формы в цифровую,экстремальный оптимизатор 3, отрабатывающий поиск экстремума и выделяющий сигнал наличия дрейфа, генератор 4 импульсов, запоминающий регистр5, элемент И б, триггер 1, переключающий контуры регулирования, формирователь 8 сигнала регулирования, 10 блок 9 сравнения, формирующий сигналравенства текущего и фиксированногозначений выходного сигнала объекта,исполнительный механизм 10, пятый 11,четвертый 12,второй 13, первый 14 и 15 третий 15 входы формирователя сигнала регулирования, выходом которогоявляется клемма 16.Формирователь 8 сигналов регулирования (фиг. 2) содержит формирователь 17 коэффициентов регулирования,первый 18, второй 19, третий 20 и четвертый 21 блоки умножения, первый и второй сумматоры 22 и 23, вычислитель 24 и блок 25 памяти.25Устройство работает следующим образом.Выходной сигнал объекта 1 регулирования через датчик 2 обратной связи и элемент И б поступает на экстремальный оптимизатор 3. Датчик 2 иэкстремальный .оптимизатор 3 работаютот генератора 4 (опорных) импульсов,который выдает две частоты, сдвинутыеодна относительно другой на полпериода. На экстремальный оптимизатор 3также поступает значение выходногосигнала объекта, измеренное за предыдущий цикл опроса и зафиксированноев запоминающем регистре 5. Сформированный в экстремальном оптимизаторе3 сигнал регулирования через исполнительный механизм 10 поступает навход объекта 1 регулирования, осуще ствляя поиск экстремума.При появлении помехи, вызывающейдрейф выходного сигнала объекта 1 регулирования, экстремальный оптимизатор 3 выдает нулевой сигнал на ре- Щ гистр 5, который фиксирует значениевыходного сигнала в момент времени,предшествующий появлению дрейфа выходного сигнача объекта 1 регулирования, и на триггер 7, который закрывает элемент И б, подготавливает кработе Формирователь 8 сигналов регулирования и переключает генератор 4в новый режим работы, Генератор 4 выдает повышенную частоту опроса надатчик 2, а на экстремальный оптими затор 3 подача частоты прекращается.Таким образом, при появлении дрейфа выходного сигнала объекта контурпоиска экстремума отключается ивключается контур регулирования прей. И Фа.формула изобретения формирователь регулирующих сигналов работает по алгоритмуд(-ь(,Х тхи+1 и ЬЧ +сГ(к где х ,х - значения входных сигна 11 И+4 5лов объекта дляи и (иФ) )-гошага регулирования,у - значение выходного сигикала для и-го шага регулирования (текущееОзначение),у - фиксированное значениеквыхсдного сигнала, измеренное в момент, предшествующий появлениюдрейфа статической характеристики,,Ь - коэффициенты регулирования, занисящие от динамических свойств 20объекта.Коэффициенты регулирования О и Ь,сформированные в формирователе 17(фиг. 2), подаются на блоки 18-21умножения, причем 4 - на блоки 18 и 2520 умножения, а Ь - на блоки 19 и21 умножения. При прохождении точкиэкстремума подача коэффициентов происходит в обратном порядке. Крометого, на блоки 19 и 21 умножения повходу 12 подается фиксированное значение выходного сигнала. Сигналомпо входу 14 блоки 18-21 умноженияподготавливаются к работе, н этот жемомент по входу 11 на блоки 18 и 20умножения поступает текущее значение выходного сигнала объекта. Блок18 умножения формирует произведение.первого коэффициента регулированияО на текущее значение выходного сигнала 1, блок 19 - произведение второго коэффициента регулирования О нафиксированное значение выходного сигнала (К, блок 20 умножения - произведение второго коэффициента регулирования Ь на текущее значение выходного сигнала (и , а блок 21 умноженияпроизведение первого коэффициентарегулирования а на фиксированноезначение выходного сигнала 1 .Этипроизнедения попарно суммируются в 50сумматорах 22 и 23 согласно алгоритму, В вычислителе 24 осущестнляетсяделение одной суммы на другую и перемножение частного от деления нафиксированное значение входного сигнала х, поступившего по входу 15и зафиксированного в блоке 25 памяти. Регулирующий сигнал х, сформированный в вычислителе 24, поступает на выход 16 и на блок 25 памяти,обновляя содержащуюся н нем информацию. Для синхронизации режима работыблока 25 памяти на него подается частота по входу 13.Изобретение может быть использовано, например, в системе автоматичес кого управления экскаватором типамехлопаты для экстремального регулирования процесса копания. Целью регулирования янляется нахождение и поддержание максимального значения мощности копания й, представляющей собой произведение скорости подъема Чна его усилие Р (фиг, 3), независимоот крепости горных пород. Это достигается изменением толщины стружкипосредством регулирования механизманапора рукояти экскаватора. В данномслучае особо опасен дрейф характеристики мощности в зоне максимума, который не только не позволит оптимизировать траекторию копания, но и может вызвать нежелательные динамиь: -кие перегрузки рабочего оборудования(подъемных канатов, зубьев ковша),значительно снижающие срок его службы. Оптимизация траектории копанияпозволяет уменьшить время копания,по предварительным расчетам на 20.Учитывая то, что время копания составляет примерно 30 от общего времени экскаваторного цикла, можноопределить общее уменьшение времениэкскаваторного цикла, а следовательно, и повышение производительности экскаватора, Оно составляетоколо 6. Кроме того, применение данной системы регулирования повышаетработоспособность канатов подъемногомеханизма на 25. Таким образом, в результате применения данного способа и предлагаемой сйстемы экстремального регулирования техническая производительность экскаватора-мехлопаты повышается на 6, а работоспособность подъемных канатов - на 25. 1. Устройство для экстремального регулирования, содержащее генератор импульсов й последовательно соединенные запоминающий регистр, оптимизатор и исполнительный механизм,ныход которого соединен со входом объекта регулирования, подключенного выходом через последовательно соединенные датчик обратной связи и элемент К ко второму входу оптимизатора, первый и второй ныходы генератора импульсов соединены соответственно со вторым входом датчика обратной связи и третьим входом оптимизатора, второй и третий выходы которого соединены соответственно с первым и вторым входами запоминающего регистра, о т л ич а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения быстродействия устройства в условиях дрейфа статической экстремальной характеристики, оно содержит последовательно соединенные блок сравнения, триггер и формирователь сигнала регулирования, первый входоторого соединен со входом генератора юпульсов, второй вход - со вторым входом датчика обратной связи,третий вход - с первым выходом оптимизатора, четвертый вход - со вторымвходом блока сравнения и выходом запоминающего регистра, пятый входс выходом датчика обратной связи ивторым входом блока сравнения,а выход - со вторым входом дополнительного механизма, второй вход триггерасоединен со вторым входом запоминающего регистра, а второй выход - совторым входом элемента И. 2. Устройство по п.1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что Формирова тель сигнала регулирования содержит формирователь коэффициента регулирован 7.я,. первый, второй, третий и четверть" блоки умножения, первый и второй сумматоры, вычислитель и блок 20 паь яти, первый вход которого соединен с выходом вычислителя и с выходом Формирователя сигнала регулирования, второй и третий входы соответственно - со вторым и третьим входом фор мирователя сигнала регулирования, а выход - с первым входом вычислителя, первый вход формирователя сигнала рассогласования соединен с первыми входами блоков умножения, четвертый вход - со вторыми входами второго и четвертого блоков умножения, третьими входами подключенными к первому выходу формирователя коэффициента регулирования, второй выход которого соединен со вторыми входами первого и третьего блоков умножения, а вход - с третьими входами первого и третьего блоков умножения и с пятым входом формирователя сигнала регулирования, выходы первого и второго блоков умножения соединены через первый сумм тор с первым входом вычислителя,а выходы третьего и четвертого блоков умножения через второй сумматор подключены ко второму входу вычислителя.Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР9 598021, кл. С 05 В 13/00, 1978.2. Авторское свидетельство СССР9 302694, кл. С 05 В 13/01, 1973.кВт Корине акая 7 5/70 Тираж 940 Подписное ВНИИПИ Государственногс комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д, 4/Ужгород, ул. Проектная, 4 или зл ПШ 11 тент Составитель А. ЛащевРедактор АЛежнина Техред А, Бабинец Корректо