Устройство для моделирования оптимальной системы управления

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИДЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН сюита Оба САВИЕ ИЗОБРЕТЕН 1 Ь дктельств 9 удового Красеский институт:Ь УДАРСТВЕИНЬЙ КОМИТЕТ СССРДЛА 11 ИЗОБР 1 ТЕНИй И ОТНР 1 ТИй(71) Одесский ордена Трного Знамени политехнич(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МОДЕЛИРОВАНИЯОПТИМАЛЬНОЙ СИСТЕМЫ УПРАВЛЕНИЯ оеЯОв 1233188 А 1(57) Изобретение относится к областигибридной вычислительной техники.Цель изобретения - повышение точности. Указанная цель достигается введением в устройство трех регистров,селектора, счетчика, сумматора, схе"мы сравнения, ключа. Устройство может быть использовано при построенииоптимальных систем управления обьектами с распределенными параметрами.Поиск оптимального управления обьектами с распределенными параметрамина одном устройстве заключается впошаговом определении оптимальноговремени решения, 4 ил.Изобретение относР)тся к области Гибридной Вычислительной техники и предназначено для автоматического решения задач оптимального по быстродействию управления системами с распределенными параметрами при наличии ограничений ня входнье иВыходные координаты,Цель изобретения - повышение точ.- носги моделирования,На 1)иг, 1 представлена блок-схемаустройства для моделирования опти-.мальной системы управления; няфиг, 2-4 - временные диаграммы.Принцип работы предлагаемогс устройства рассмотрим па при;"Гере Оптимального управления нагревом тела,К данному телу в некоторых точкахВ Б ИДЕ Упо сЯВЛ ЯРп ГО В ОЗДЕР СТ 13 Р с г.пОДВОДитсЯ энерГия упрЗвления . Поеведенное к телу тепло расгростряняется по телу от точек с большВ тепловым потенциалом к точкам с меньшимтепловым потенциалом. Состояние точек 1 Г начнет изменяться сразу послеподвода энергии управления, я других, расположенных ня некоторсхм расстоянии я Х, от точек 11, - через время запаздывания с , . Очевидно, что для НЕКОТОРОГО МНОжЕСтяа ТОЧЕК, 3 ЯПЯЗсД)В- ванне будет максимальным. Иожно г 3 ед. ПОЛОЖИТЬ, Что ПРИ ОПТИМЯЛЬНОМ (гпгЯВ " лении РП-Обэе)сОМ, переходнЯЯ ф 7 Рк ция в Ь-точках РП-объекта имеет вид апериодического процесса, при этом ВО ВСЕХ друГ(1 Х то 1).ЯХ обЪЕКГЯ ПЕ 1-. ходкой процесс будет име;ь пе:.,Ср,. улирование. Б противном случае япериодический процесс в 1, точках за тягивался при недостаточной подаче тепла на вход РП-объекта, Я прп чре 3. мерной подаче тепла на вход РП-объек. та возникает перерегулировяние в 1 точках.Таким образам, определив вреьчпереходного процесса в точках 1., КОТОРОЕ СООТВЕТСТВУЕТ УПРЯ ВЛЕН 10 г при котором, с одной стороны, в эгих точках не бУДет пеРеРегУлиРоваР 3 г а с другой стороны, переходный проЦЕСС УжЕ ЗаКОНЧИЛСЯ, т,Е. ДОСТРГ Г ТО установившееся значениеможно считсэть ЧТО ЭТОМУ ВРЕМЕНИ ПЕРЕ КОППОГ(процесса соответствует Оптимагьноеуправление,Определить значение перехОГгнзй фуНКЦИИ В ТОЧКаХ ( МОЖНО ПО СЛЕД)г- щей линейной завис.имости; Г. . 1 Я Р." ДЕ Г Г, .,- 3)11(Г.1 и" 1 С.ГГЕХО)Ой Хг) ЯГСте рРс тгк 11,13 Г;1 Г Е ВЕМЯя КС).31)(1)РГГГИЕГ(Т П)ОгС 1)циоия 11.-11 С) (, Р П Р Е г. СЯ В,Я с)и йС О 1) ОИ т с 11 Г Е 11(. У Г Л Я Н Я Г(Л 0 "НЯ ."а 1)актеоис ики .1=ЯП11 ЗЯФИЧЕСК 1 ОПРЕДЕЛЕПИЕ ЗНЯЧЕНИги 3)е ход КОЙ фуп( ции испО Г 1 ь 3 у я 3 3 Г и -СРГГ 0 ТЬ П Г33 ( НГггэи Е 1) ЕС 3 Рг 3тс)чсях,. есть перерегу:ирсв ание ,ПОКЯ 3 ВЯЕТ КрР 3 Яя 1 1 с 1)г: )1.) 1.ч"3)Р за(1)РП(СРроват 1 31 агеГРе 11, Р),г 4 Я г ) ог 1( сС т 3 гОВв Ш(.Г( ( Я 3 лг) (сгггто ЕВИ,НС ЧТО До(3 П НУГТ 1его Ожно Г;ри с.трого Определенныхэ на" Гениях я. и ь ., (и)и яре"4 в 01 тиГг."ЯЛРсво, то Ч,ГОВЛЕТВаритв уо. ОВИ.);.л)1 тачек 1,в этом случае из ГзышеКЯЯЯННО 0 СпснувЧто гб)г)ГСт ГГПу -," ЕНО ОПТ и;,ЯЛЬЕОЕ УПРЯВЛЕ 1 ИМо 4 Г 0с ЛИШЬ При ОпрЕДЕЛЕННОМ Звя)ГЕНИР Ка 0 щиентя я.Таким Обг)аза. изменяя кс)з,".)1)И РеП")0)10 рвноняЛЬНОСТИ При Р)11 СГГг Гс 13;- НОМ ЗНЯЧЕг 1 ИИ 1),). Г МОЖНО ОП )ЕДЕЛИТЬ лМО.Ент , т, Е01 ТИМЯЛЬНОЕ ВРЕМЯ Р ЕШЕГия 1 К 01 дя ПЕВЕХОД;.я Хяя 1(т(= -гР(стикс в тсч):.ях ., Ие имс)ет перерегуЛИР С В Я 111 Я И -. Р Е Х ОЦг Ый . ) Р О Ц: - . С С )г)ВЕ )ЯГ(:(.ГсгсгСЯ КРРва 1 2 ИЯ )иг. 3,."Ггр;:ВГСспгс Гг(гто 0;- оба,г г 30 Г яхЛГГ Г Е,".) В ХО;1 Г:ц П г;цЕС С, бу)л(: Г О)ТРГ ят 1- ГЫГ, СЛЯ )ОГ)Г+Г:РО)3 ЯНРГЯ ЗЯ ЗИС 4 г)сти11:Я, 1; 11 ЗЖЕ Г гбГЬ ИСПОЛ ЗОВЯН ГИР)-. -,) 0 В С)1)г 11 Н(31 р Я Г О р,11 устройство длл м 0 гелиро)анин оп -т:в 1 ГГ.НОР сис;гемы управления содер:Нт 11(;-СГ тку 1 вмесге с. блоками зацаНГСЯ НЯГЯ 1 ГНЫХ и Г (РЭНИЧНЫУСТ 0131 РГНС: 11 ОК 3 Г:сгтш Г ЦРР)ОЯНЯЛО:. СВЫЙ П 1)Ебрс)303 сЯ.г 1,1 ЛП, 2селектор 3.1 Р 1 ГППУ ГгМ СГ (РЯ.Г 3 НЕНИС 1 )3 Е;ЕНТИ ) Второ р(1 И" г р,г)сйссГ ) Г, С 1 ЕТ с 1 ИК 1.", С ГГГГ Гс".Г 0 9,г23388 3управляющего воздей-.тния Б , в зависимости от наличия сигнала на управляющем входе селектора 3, Селектор3 также стробирует передачу кодов навход ЦАП 2 в случае, если Формируетсясигнал на одном иэ,выходов блока 4ограничителей.Группа схем 4 сравнения совместнос элементом ИЛИ 5 предназначена дляформирования стробирующего сигнала,поступающего на селектор 3, когдавыходные сигналы ВС-сетки 1 достига.ют предельных значений. Число схем.сравнения группы равно числу выходовВС-сетки.Регистр 6 служит для хранения кода установившегося значения 1Регистр 7 служит для хранейиякода максимального значения управляющего воздействия (1 .Счетчик 8 предназначен для вычисления значения коэффициента линейнонарастающей Функции Б(1)=а 1,Сумматор 9 и регистр 11 образуютцифровой интегратор, работающий посхеме с параллельньм переносом. Данный интегратор совместно с ключом12 служат для Формирования линейнонарастающей функции У(т,)=а,1.Схема 1 О сравнения предназначенадля сравнения кода текущего,з .ачениявеличины переходной функции Ц(1 ) скодом заданного значения установившегося значения Б. Схема 10 сравнения вырабатывает сигнал управления, поступающий на селектор 3.Предлагаемое устройство работаетследующим образом,Временные диаграммы на Фиг. 4 даны для случая, когда текущее значение Б(т,) переходной Функции при первойитерации (т,е. Б(й)=анщС) меньшезначения 1 . Импульсом, поступающим с входа. сброса устройства, счетчик 8 сбрасывается в нуль, а вВС-сетке 1 производится подключениеблоков задания начальных и граничных условий. Начальные и граничныеусловия известны априорно из исходных данных задачи. После этого в ре 1гистры 6 и 7 заносятся соответственнозначения кода установившегося значения Б, и кода максимального управФляющего воздействия Б . В счетчик8 через входы предварительной установки заносится код начального значения коэффициента пропорциональности ащ,. Решение задачи начинается с момента подачи на вход ЦАП 2 кода максимального значения управляющего воздействия У, с выхоДов регистра 7 через селектор 3, Такое управление каналами селектора 3 обеспечивается соответствующим управляющим импульсом с выхода схемы 10 сравнения в данном случае нулевым уровнем сигнала с соответствующего выхода схемы 10 сравнения, так как в начальный период решения код текущего значения переходной функции У(т,) меньше кода заданного установившегося значения У ), В начальный момент решения нй одна из выходных координат ВС-сетки 1 не достигнет предельного значения, поэтому на выходе элемента ИЛИ 5 отсутствует сигнал, стробирующий селектор 3, При этом объект, промоделиронанный ВС-сеткой 1, движется к конечному состоянию с максимальной скоростью при предельном значении управляющего воздействия УОдновременно с подачей на вход ЦАП 2 кода значения Ц цифровой интегратор начинает Формировать линейно нарастающую функцию (1 )=а С . Происходит зто следующим образом. Код начального значения коэффициентапропорциональности а, с выходовсчетчика 8 поступает на информационные входы второго слагаемого сумматора 9. Первым тактовым импульсом(тактовые импульсы поступают с тактового входа устройства с частотойГ через ключ 12 на вход управлениярегистра 11) код абудет занесенв регистр 1 и установится на его выходах. Так как выходы регистра 11связаны с входами первого слагаемогосумматора 9, то код апоступиттакже и на входы первого слагаемогосумматора 9. При следующем циклеработы цифрового интегратора (т.е.при процессе суммирования кодов навходах сумматора 9) на выходах суммысумматора 9 установится код, равныйвеличине 2 а . Следующим тактовымимпульсом он будет занесен в. регистр11, и появится на его выходах и входах слагаемого сумматора 9. Такимобразом, при поступлении тактовых импульсов на управляющий вход регистра11, на выходах суммы сумматора 9будет формироваться линейно нарастающая Функция И=и а(где Б - текущее значение кода, п - число посту пивших тактовых импульсов ), пропорциональная линейно нарастающей зависимости 11(С)=8.нач С.Как только хотя бы одна из выходных координат (кроме координаты соответствующейточкам 1 так как их запаздывание максимально) достигнет предельного значения, на выходе элемента ИЛИ 5 сформируется импульс, 10 стробирующий селектор 3, При этом запрещается передача входного кода на выход селектора 3. Тем самым будет организован режим, обеспечивающий движение объекта в обратную сторону, 15 При переходе выходной координаты, достигшей предельного значения снова внутрь области допустимых значений, импульс на выходе элемента ИЛИ 5 исчезнет, а на вход ВС-сетки 1 вновь 20 будет поступать максимальное управляющее воздействие 11, . Таким об - разом, организуется движение объекта но границе области допустимых значений его выходных координат до 25 окончания переходного процесса в этих точках. На этом этапе решения регулятор и моделируемый объект управления представляют собой замкнутую систему, удерживающую выходные 30 координаты объекта на допустимых значениях.При достижении допустимого значения на выходе, соответствующем Ь точкам объекта, сигнал с этого выхода блока сравнения 4 разомкнет ключ 12. Работа цифрового интегратора останавливается. Этот же сигнал поступит на управляющий вход схемы40 1 О сравнения. Б этом случае схема О сравнения сравнивает два кода: текущего значения переходной Функции У(С), существующего на выходе сумматора 9 в момент останова работы45 цифрового интегратора, и кода установившегося значения 11, , поступающего с выходов регистра б.Если эти коды равны, сигналом с соответствующего выхода схемы 1 О сравнения, селектор 3 будет переключен на передачу кода установившегося значения 11,т на входы ЦАП 2 (код установившегося значения 11, поступит сразу же после исчезновения строби рующего сигнала на выходе элемента ИЛИ 5). Наступит режим стабилизации Фа заданном уровне П,т Если в момент сравнения код, соответствующий текущему значейию переходной функции 11(С), больше (или меньше) кода .установившегося значения 11 , то с соответствующего выхода схемы 10 сравнения поступит на вход прямого (или обратного) счета счетчика 8 импульс, благодаря которому увеличивается (или уменьшается) код начального значения коэффициента пропорциональности а, Переключения каналов селектора 3 в этом случае не произойдет.После корректирования начального значения коэффициента пропорциональности арешение задачи продолжается (так как переключения селектора 3 не произошло) до момента, когда коды текущего значения 11(С) переходной характеристики и заданного значения П,1 совпадут.Таким образом, поиск оптимального управления объектами с распределенными параметрами на одном устройстве заключается в пошаговом определении оптимального времени решения (исходя из выражения (1); если 11, Фиксированои коэффициент пропорциональности на данном шаге решения не изменяется, то варьируемой величиной является время решения С), Оптимальное время решения С, т определяется временем Формирования зависимости 11 т:=8. Сат на выходе циФрового интегратора. Управление, полученное за время формирования зависимости 115 ст а СОпт Ф также будРТ оптимальным . Кроме того, оптимальное решение С , определяется из условия достижения установившегося значениябез перерегулирования и за минимальное время в точках, время запаздывания которых максимально. Достигается это итеративным путем, когда рассчитываются значения переходной функции в этих точках (используя выражение (1 и они сравниваются с заданным установившимся значением. Переход объекта на режим стабилизации означает, что поиск оптимального управления закончился.Формула изобретенияУстройство для моделирования оптимальной системы управления, содержащее ВО-сетку, группу из п схемсравнения, элемент ИЛИ, цифроаналоговый преобразователь, причем выход цифроаналогового преобразователя соединен с информационным входом5 РС-сетки и первыми входами схемсравнения группы, выходы которых подключены к входам элемента и 11 И, группа выходов БС-сетки соединена с вторыми входами (и 1)-й схемы срав нения группы, о т л и ч а ю щ ее с я тем, что, с целью повьппения точности, в него введены регистры, селектор, счетчик, сумматор, схема сравнения и ключевой элемент ин формационный вход которого подключен к тактовому входу устройства, выход и-й схемы сравнения группы соединенс. управляющим входом схемы сравненияи управляющим входом ключевого эле,ента, выход которого соединен с входом синхронизации первого регистра, выходы которого подключены к входам первого слагаемого сумматора. выходы которого соединены с информ; - ционными входами первого регистра и первой группой информационныхвходов схемы сравнения, выход .",С-сетки подключен к второму входу п-й схемы сравнения группы, входы второго слагаемого сумматора подключенык выходам с летчика, информационныевходы которого являются первой группой информационных входов устройства, вход сброса счетчика и вход задания начальных н граь чных условийРС-сетки соединены с входом установки в исходное ,.остояние ус-ройства,входы прямого и обратного счетасчетчика подключены соответственнок выходам "Меньше" и "Больше" схемысравнения, выход Равно" схемы сравнения соединен с управляющим входомселектора, вторая группа информационных входов схемы сравнения и перваягруппа информационных входов селектора соединены с выходами второгорегистра, информационные входы которого являются второй группой информационных входов устройства, информационные входы третьего регистра являются третьей группой информационныхвходов устройства, выходы третьегорегистра соединены с второй группойинформационных входов селектора, выходы которого подключены к входамцифроаналогового преобразователя,выход элемента СПИ соединен со строби:",ющим входом селектора,)/д Ое ла иа Ачлода ре госева и с 1/ниОп 10 ра Э) Гюупеии у не поназыд прецесс ра юы иищю го рпптегра ираж 671 Поцписн ороси, удПроектнда, 4