Цифровая система управления

СОЮЗ СОВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСКИХРЕСПУБЛИКа 05 В 15/ АРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СС М ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКР П ДЕЛА ЬГ 1 ИЙЛИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ТОРСНОМ ЕТЕЛЬСТ(71) Горьковский исследовательский физико-технический институт при Горьковском государственном университете им. Н,И.Лобачевского(56) 1. Авторское свидетельство СССРМф 174689, кл. 6 05 В 15/02, 1965.2, Белянский П.В., Сергеев П.Г. Управление наземными антеннами и радиотелескопами. М., "Советское радио" 1980, с. 102 (прототип).(54)(57) ЦИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ, содержащая цифровое вычислительное устройство, цифро-аналоговые преобразователи, выходы которых подключены к входам объекта управления, и датчики обратной свози, связанные собъектом управления, выходы которых соединены с соответствующими входами цифрового вычислительного устройства, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью упрощения, в нее введены регист ры, блок формирования констант, формирователь сигнала переполнения, эа" поминающее устройство, блок умножения сумматор, последовательно соединенные логический блок, дешифратор и блок управления, первые последовательно соединенные счетчик импульсов и блок сравнения, вторые последовательно со единенные счетчик импульсов, блок 80101533 сравнения и третий счетчик импульсов, а также коммутатор, первый выход которого через формирователь сигнала переполнения и блок Формирования констант подключен к первому входу коммутатора, второй выход через выходные регистры - к второму входу коммутатора и к входам цифро-аналоговых преобразователей, третий выход через сумматор - к третьму входу коммутатора, четвертый выход через блок умножения - к второму входу сумматора, пятый выход через регистры размерностей - к вторым входам первого и второго блоков сравнения, шестой выходк соответствующему входу запоминающего устройства, а четвертый и пятый входы - соответственно к выходам запоминающего устройства и блока управления, второй вход которого соединен, с вторым выходом логического блока, р первым входом соединенного с выходом первого блока сравнения и с входом второго счетчика импульсов, а третьим выходом - с входом первого счетМаачика импульсов, причем выходы цифрового вычислительного устройства через СЛканал прямого доступа к памяти подклю- еф ,чены к соответствующим входам комму- .М татора, блока умножения, дешифратора и ф 3 логического блока, выходы первого, вт рого и третьего счетчиков импульсовк соответствующим входам запоминающего устройства, а третий и четвертый фр входы блока управления - к выходам второго и третьего счетчиков импульсов.1 1015Изобретение относится к автоматическому управлению и может быть использовано в системах управления, вчастности в системах управления антеннами и радиотелескопами.Известна система управления с постоянной .программой работы, содержащая устройство ввода исходных данных,цифровое счетно-решающее устройство,запоминающие регистры, преобразователи кода в напряжение и тахогенераторы 1 1 1 .Однако извесТная система реализует управление по отклонению с введением относительно простых корректирующих сигналов, например сигнал,пропорционального скорости движения,и не обеспечивает необходимой точности управления объектом высокогопорядка.гоНаиболее близкиМ к изобретению потехнической сущности является цифровая система управления, содержащаяцифровое вычислительное устройство(ЦВУ), цифро-аналоговые преобразователи (ЦАП), выходы которых подключены к входам объекта управления, и. датчики обратной связи, связанные собъектом управления, выходы которыхсоединены с соответствующими входамиЦВУ 23 .Недостатками данной системы являются большие сложность и стоимостьвычислительных устройств высокой про.изводительности. Применение относительно простых и дешевых управляющих З 5электронных вычислительных машин (ЭВМ)не позволяет реализовать сложные ал"горитмы управления из-за низкогобыстродействия управляющих ЭВИ. Применение универсальной ЭВИ (не управ Оляющей) в контуре управления требуетустановки дополнительных блоков синхронизации и связи с объектом, чтоусложняет систему в целом.Цель изобретения - упрощение цифровой системы управления,Поставленная цель достигается тем,цто в систему введены регистры, блокформирования констант, формировательсигнала переполнения, запоминающее 50устройство (ЗУ), блок умножения, сумматор, последовательно соединенныегогический блок, дешифратор и блокуправления (БУ), первые последовательно соединенные счетчик импульсов 55и блок сравнения, вторые последовательно соединенные счетчик импульсов,блок сравнения и третий счетчик им 337 2пульсов, а также коммутатор, первый выход которого церез формирователь сигнала переполнения и блок формирования констант подключен к первому входу коммутатора, второй выход черезвыходные регистры - к второму входукоммутатора и к входам ЦАП, третийвыход через сумматор - к третьемувходу коммутатора, четвертый выходчерез блок умножения - к второму входу сумматора, пятый выход через регистры разномерностей - к вторым входам первого и второго блоков сравнения, шестой выход - к соответствующему входу ЗУ, а четвертый и пятый входы - соответственно к выходам ЗУ иБУ, второй вход которого соединен свторым выходом логического блока,первым входом соединенного с выходомпервого блока сравнения и с входомвторого счетчика импульсов, а третьимвыходом - с входом первого счетчикаимпульсов, причем выходы ЦВУ черезканал .прямого доступа к памяти (КПДП)подключены к соответствующим входамкоммутатора, блока умножения, дешифратора и логического блока, выходыпервого, второго и третьего счетчиков импульсов - к соответствующим входам ЗУ, а третий и четвертый входыБУ - к выходам второго и третьегосчетчиков импульсов,Введенные элементы образуют специализированное вычислительное уст- " .ройство (СВУ).На фиг.1 представлена блок-схемацифровой системы управления; на фиг.2 массивы исходных данных.Устройство содержит объект 1 управления, датчики 2 обратной связи, ЦВУ 3,КПДП М, коммутатор 5, ЗУ б,. блок 7умножения, сумматор 8, БУ 9, логический блок 10, дешифратор 11, первый 12,второй 13 и третий 11 счетчики импуль"сов, первый и второй блоки 11 и 15сравнения, регистры 17 размерностей,блок 18 формирования констант, формирователь 19 сигнала переполнения, выходные регистры 20 и ЦАП 21.Система работает следующим образом.Алгоритм работы состоит иэ двухэтапов. На первом этапе ЦВУ вычисляетпостоянные или медленно меняющиесяоптимальные коэффициенты матриц обратной связи и переходных матриц системы,при этом могут быть использованы различные алгоритмы и критерии оптимизации. На втором этапе СВУ в реальномвремени восстанавливает векторы рас 5 10153торого подаются в БУ 9, который обеспечивает необхоДимую коммутацию устройства. Стробы первых чисел зон подайтся в БУ 9, обеспечивая запись разамерностей матриц и векторов в регистры 1.7 размерностей. Стробы чисел, начиная с второго числа зоны, поступаютяа счетчик 12 для подсчета элементоввектора"множителя. При поступлениипоследнего числа зоны блок 15 сравне ония выдает сигнал совпадения кодасчетчика 12 со значением размерностизоны, задаваемым регистрами 17 размерности, сцетцик 12 сбрасывается в "0",а код счетчика 13 увеличивается на 1. 15Сигнал окончания зоны поступает такжена логический блок 10. При поступлениипоследнего числа последней зоны, относящейся к одной координате, аналогичным образом срабатывает блок 16сраенения, сбрасывается на "0" счетчик 13 и увелицИвается на 1 код счетчика 14, хранящего номер координаты,по которой ведутся вычисления.Коды счетчиков 12- 14 поступают на 25ЗУ 6 для формирования адреса. Все ЗУразделено на равные зоны. Несколько ;зон составляют область ЗУ, хранящуюданНые, относящиеся к одной координате, 8 соответствии с этим код адреса ЗОЗУ формируется обьединением кодовсчетчиков 12-14, причем код счетчика12 образует младшие разряды кода адреса, код счетчика 14 - старшие разряды.35Коды счетчиков 13 и 14 вместе ссигналами о режиме СВУ с дешифратора11 и о поступлении первого числа зоныс блока 10 поступают на БУ 9 для формирования сигналов управления коммутатором 5. Коммутатор 5 представляетсобой канал связи блоков СВУ, подключающий по сигналам БУ 9 входы одногоблока СВУ к выходам другого.В режиме 1 производится запись в45ЗУ 6 размерностей векторов х, х и у,а также начальных значений компонентвекторов х и х" по двум координатамот ЦВУ 3 через КПДП 4, который вовремя подачи первых чисел зон подключается через коммутатор 5 к регистрам5017 размерностей, а при подаче последующих чисел - к ЗУ 6,Режимы 2-5 выполняются последовательно один за дргим. В режиме 2вычисляются Ф и ф " по обоим координатам. Так как ф и Ф - диагонаЛьные,матрицы, выполняются операции типа (2),где Я,- диагональные элементы матри 6цы Ф (ф), И - компоненты вектора х(хф), 5=0, начения Я. и Я, посту 1пают на блок 7 умножения соответственно с КПДП 4 и через коммутатор 5 с ЗУ 6. Результаты умножения каждой пары чисел, являющиеся промежуточным результатом вычисления компонент вектора х(х), с выхода блока 7 через сумматор 8 и коммутатор 5 записываются в ЗУ 6 на место старых значений компонент х(х).В режиме 3 вычисляются 6 О , 5 е, О О , 5 риаз т.е. выполняются операции тйпа т 1 . При аичислении 0 СО т(С О т сомножитель 5=О (О) подается на блок 7 умножения. через коммутатор 5 с блока 18 во время такта подачи первого нулевого числа 1-й (3-й) зоны масси" ва И , а сомножитель Ч С (О ) - неЭз а Р посредственно с КПДП,4. Слагаемые Я полученные в режиме 2 значения компонент х(х ), подаются на сумматор 8 через коммутатор 5 с ЗУ 6. Результаты операции записываются с сумматора 8 через коммутатор 5 в ЗУ.6 на место .старих значений коипонен х(хй)./При вычислении 5 с(5 р) сомнод, р житель 5= сф( рф) подается на блок 7 через коммутатор 5 с КПДП 4, сомножительЛЯ=5 (55) - непосредственно с КПДП 4. Слагаемые У;, полученные в режиме 2 значения компонент х(хф), подаются на сумматор 8 через коммутатор 5 с ЗУ 6/ксинхронно с подачей 5 (5) на блок 7. Результаты операции с сумматора 8 записываются в ЗУ 6 через коммутатор 5 на место старых значений компонент хх+).гс. /3.В режиме 4 вычисляются 5 уота 5 уаРу ,ф Р,у Р 4 РЫ Р 4 Щ Выполйением посйедбвательности операций типа ( 1) . 5 у з Р у,(5 у ,Р у ) вычисляются при поступленйи на СВУ данных из 1-7 (8-14) зон массива И . Первыми. числами каждой из этих зон являются компоненты вектора у(у), последующими числами - столбцы матрицы 5 (5 ), дополненные элементами матрицы Р (Рз). В операции (1) сомножителем 5 является компонента вектора у (у), сомножителями Я - столбец матрйцы 5(5 ), дополнейный элементом Р (Рз 15), слагаемыми Ч; - вычисленныеранее компоненты вектора х (х ). Сомножители 5 и Я; поступают на блок 7с КПДП 4 непосредственно и через коммутатор 5, слагаемые И; - на сумматор 8 через коммутатор 5 и ЗУ 6. Результаты операции записываются в ЗУ 6337 8 7 1015 на место компонент х(ху. В режиме 4 код счетчика 13 не участвует в форми-ровании адреса ЗУ 6, поэтому,при операциях над всеми столбцами матрицы 5(5) происходит обращение только к3 однои зоне ЗУ, хранящей компоненты х(х). При поступлении на блок 7 в качестве одного из сомножителей последнегочисла зоны, т.е. элемента Р(РЭ), на сумматор 8 поступает чисв ло из ячейки ЗУ 6, соответствующей (К+1)-й компонейте вектора х (х ). ВЫ Р эту ячейку в предыдущих режимах работы СВУ был записан О, а теперь пишется промежуточный результат вычис.1 й ления управления Оо(0).Вычисление Р дд(Р а р ) выполФбняется при постуйлении йа СВУ зоны 8 (15) массива И . Подача исходных данных на блок 7 й сумматор 8 и отсылка результатов осуществляется так же, как описано выше для данного режима, При этом изменяется только содержание (К+1)-й ячейки зоны 1 (3), где хранится значение управления 0(0). уьВ режиме 5 завершается формирова-. ние управлений 0 (ОР) вычислением скалярных произведений Р х , Р х(Р хеЪЦ 11 2 1 р х з Р 2 х ) и суммированием их со значениями 0 (0 ), вычисленными в режи36 ме 4. Вычисления выполняются так же, как операции типа (2), сомножителями Ч являются элементы матриц Р, ,Р 2 (Р ,Р ), сомножителями Я "3компоненты векторов х , хф(х х+)Ыф оС Рф Р ф 35 слагаемыми 5 - полученные в предыдущем такте операции значения Ы; и 9;.Сомножители поступают на блок 7 с КПДП 4 и через коммутатор 5 с ЗУ 6. Результат одного такта операции с4 О сумматора 8 поступает. через коммутатор 5 на вход сумматора 8 в качестве слагаемого для следующего такта операции. Сумиирование результата операции со значением 0 (0 ) полученным в режиме 4, происходит йри поступле 4 нии с КПДП последнего числа зоны 1 (3) равного 1. При этом значение О (0 ) из К+1)-,й ячейки зоны 1 (3) ЗУ подается на блок 7 в качестве сомножителя, умножается на 1 и с выхода сумматора 8 поступает через коммутатор 5 на вход сумматора 8 в качестве слагаемого.Во время подачи последнего числа 2-й зоны (нулевого) сформированное на выходе сумматора 8 значение Оотсылается через коммутатор 5 на выходные регистры 20 и, в случае превышения значением Овеличины линейной зоны ЦАП, вырабатывается сигнал переполнения. По этому сигналу в блок 20 через коммутатор 5, .с блока 18 записывается значение константы, равное величине линейной зоны ЦАП. При отсутствии переполнения в блок 20 записывается вычисленное значение 0 . Запись в блок 20 значения 0 выполняется аналогичным образом после завершения передачи с ЦВУ массива ИВ СВУ предусмотрен дополнйтельный режим выдачи данных в ЦВУ. В этом режиме в СВУ производится последовательное обращение к ячейкам 1 и 3 зон ЗУ,хранящих векторы текущего состояния системы х и х и значение управлений" Ои 0. Указанные данные поступают в СВУ как с внешнего устройства на ЦВУ для принятия решения об изменении параметров и алгоритмов на первом этапе работы системы управления.Таким образом, применение СВУ в комплексе с базовым ЦВУ позволяет создать сравнительно простую цифровую систему управления с переменными параметрами, обладающую высокой производительностью, и реализовать алгоритмы оптимального. управления с восстановлением состояния объекта и обратной связью по состоянию. При этом затраты времени на работу с СВУ не, превышают 253, что позволяет эффек, тивно использовать ЦВУ на первом эта-пе работы системы управления и получить определенный технико-экономический эффект.1015337и 1ВНИИПИ , Заказ 3207/Тираж .871 Подписное Филиал ППП "Патент", г.Ужгород,ул.Проектная,