Релейное самонастраивающееся устройство

2 Я 045 Союз Советских Социалистических Республик(088,8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРАвторизобретения М.М. Ивахненко Днепропетровский государственный университетЗаявитель РЕЛЕЙНОЕ САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО Данное предложение относится к области систем автоматического управления.Известны самонастраивающиеся устройства, содержащие координатор со сканирующим приводом и преобразователем излучения, схему сравнения и релейный регулятор основного контура, контур преобразователя информации с управляемым ограничителем порога чувствительности, через схему сравнения подключенным к преобразователю излучения, контур самонастройки, подключенный к выходу координатора с соединенными последовательно блоком формирования импульсов и логическим преобразователем, и контур кругового поиска.Предложенное устройство отличается от известных тем, что в нем между контуром кругового поиска и управляемым ограничигелем порога чувствительности включен управляемый генератор эиспоненциальных импульсов, подключенный своим вторым входом к выходу координатора. На выходе логического преобразователя контура самонастройки ус. тановлен управляемый генератор синусоидального напряжения, подключенный своим вторым входом,к преобразователю излучения. Между схемой сравнения основного контура и релейным регулятором и релейным регулятором и сканирующим приводом установлены соответственно усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий зажим которого подключен к выходу управляемого генератора синусоидального напряжения, и регулируемый фильтр, подсоединенный своим вторым входом к схеме сравнения управ ляемого ограничителя порога чувствительности и своим вторым выходом ко второму входу управляемого ограничителя порога чувствительности, Выход управляемого генератора экспоненциальных импульсов подключен к 10 схеме сравнения основного контура.Это обеспечивает согласование режимовпоиска местонахождения источника теплового излучения и слежения за,ним с условиями обнаружения источника излучения и состоя.15 ния основного контура управления координатором, сокращение времени поиска и повышение точности слежения.На чертеже изображена блок-схема самонастраивающегося устройства. Оно состоит 20 из основного контура 1, контура П преобразования информации, контура 111 самонастройки, контура 1 Р кругового поиска и двух схем Р и Г 1 сравнения.В состав контура преобразователя инфор мации входят полупроводниковый фотоприемник или следящий, преобразователь 1 излучения, производящий обзор по всему полю поиска одновременно, управляемый ограничитель 2 порога чувствительности, устанавли вающий наилучший режим линеаризации нелинейного элемента основного контура, и управляемый геператор 3 экспоненциальных импульсов, с помощью которого изменяется зона нечувствительности и осуществляется управляемая линеаризация нелинейного регулятораа.Контур кругового поиска представляет собой программные логические блоки 4, 5, основная задача которого - задать системе закон сканирования в момент поиска цели.Основной контур системы включает в себя координатор б источника инфракрасного излучения, сканирующий привод 7 и управляющее устройство. В свою очередь, управляющее устройство состоит из усилителя 8 с переменным регулируемым коэффициентом усиления, нелинейного релейного регулятора 9, с помощью которого достигается управляемый автоколебательный режим основного контура, и регулируемого фильтра 10 обратной связи, определяющего верхнюю границу линеаризации нелинейного регулятора.Контур самонастройки включает в себя все элементы основного контурадинамические характеристики которых могут, меняться по неизвестным законам, блок 11 формирования импульсов, логический преобразовагель 12 и управляемый генератор 13 синусоидального напряжения, с помощью которого изменяется коэффициент усиления усилительного звена и выбирается оптимальная частотно. фазовая характеристика основного контура,Схема У сравнения относится к управляемому ограничителю порота чувствительности, а схема Л сравнения - к основному контуру.Управляющее воздействие контура самонастройки снимается с выхода управляемого генератора 13 синусоидального напряжения. Последний формирует это воздействие на основании априорной и текущей информации о внешних и внутренних условиях работы системы, критерия самонастройки и критерия оптимальности. При отключенном контуре самонастройки основной контур и контур преобразования информации, могут работать, как обычная следящая система поиска, у которой локализация влияния внешней среды будет производиться только частично.Основной контур проектируется так, чтобы в нем возникали устойчивые автоколебания в отсутствие управляющего воздействия с контура П. В свою очередь контур 11 проектируется так, чтобы он мог управлять зоной нечувствительности и поддерживать удовлетворительную частотно-управляемую линеаризацию нелинейного регулятора в зависимости от реакции системы и количества информации, поступающей от источника излучения.Основной контур представляет собой нелинейную систему регулирования, в,структурную схему которой входят усилительное звено с переменным коэффициентом усиления и нелинейный частотно-управляемый регулятор с фильтром. В таком контуре усилительным звеном является магнитный усилитель, изменение коэффициента усиления которого достигается главным образом за счет изменениячастоты управляемого источника питания. Последним является управляемый генератор 135 синусоидального напряжения. Управляемыйгенератор представляет собой устройство, управляемая частота на выходе которого зависит от длительности реакции системы и амплитуды информационного сигнала.10 Одновременно с изменением коэффициентаусиления в основном контуре производится ичастотная линеаризация . нелинейного регулятораЛинеаризация последнего достигаетсяза счет изменения формы импульса управляе 15 мого экспоненциального напряжения, снимаемого с выхода управляемого генератора 3 ввиде управляющего воздействия. Такой методлинеаризации нелинейного элемента позволяетсистеме легко переключаться из одного, режи 20 ма работы на другой в зависимости от величины оценки влияния неизвестных параметроввнешнего воздействия. Таким образом, наст.ройка основного контура на оптимальные характеристики производится как управляющим25 воздействием, так и возмущающим. Управляющее воздействие формируется контуром 11 дляуправления линеаризацией нелинейного регулятора и изменения его коэффициента усиления, с одной стороны, и контуром самона 30 стройки для изменения коэффициента усиления усилителя и частотной характерстики системы в целом, с другой стороны.Контур преобразования информации и основной контур регулирования представляют35 собой самонастраивающуюся систему автоматического поиска. Такая система характеризуется двумя режимами работы,Первый режим - автоколебательный. Онустанавливается в период сканирования или40 в момент активного поиска, когда коэффициент усиления основного контура достигаетмаксимума. В это время обратная связь в генераторе 3 ослаблена,до минимума. Такая обратная связь поддерживает работу генерато 45 ра на низкой частоте и нарушает основныефизические условия частотно-управляемой лпнеаризации нелинейного регулятора,Второй режим - регулярный. Он устанавливается в системе после завершения актив 50 ного поиска, когда коэффициент усиления основного контура достигает номинального значения, В свою очередь обратная связь в генераторе 3 усиливается до некоторого пределаза счет акгивизации чувствительного элемен 55 та следящего преобразователя излучения вмомент обнаружения цели и поддерживаетработу генератора а том уровне, которыйудовлетворяет условиям частотно-управляемоп лпнеаризации нелинейного,регулятора.60 Последний изменяет частотную характеристику основного контура и повышает его чувствительность к управляющему воздействию, поступающему из контура 11. У такой системычастичная переработка информации о положе 65 нии источника излучения осуществляется уп.510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 равляемым генератором 3, устанавливающим связь между информативным трактом и преобразующим трактом основного контура регулирования. Контур П преобразует част;иную информацию об источнике излучения еще до поступления ее в основной контур регулирования. Это приводит к тому, что информация преобразуется в такую форму управляющего сигнала, которая является наиболее удобной для самой системы поиска, и тем самым упрощает задачу линеаризации и управления основным контуром регулирования.Контур П построен так, что все входные и выходные, каналы основного контура регулирования связаны через управляемый генератор 3 экспоненциальных импульсов. Это достигается с помощью обратных связей. Так, например, основной информативный канал, идущий от чувствительного фотоприемника 1 и несущий информацию о поведении источника излучения и системы его поиска, непосредственно связан с управляемым генератором 3. Кроме того, последний связывает информативный канал контура П и переменную часть основного контура регулирования. Это позволяет контуру П изменить динамические и статические характеристики системы. Изменение последних осуществляется непосредственно управляемым генератором экспоненциального напряжения. Последний имеет две обратные связи, одна из которой связывает генератор и первичный преобразователь 1 информации и управляет тем параметром выходного импульса, который в процессе линеаризации изменяет эквивалентный комплексный коэффициент усиления нелинейного регулятора с зоной насыщения, Вторая обратная связь связывает генератор с выходом самой системы и изменяет показатель экспоненты импульса, управляющий в процессе линеаризации комплексным коэффициентом усиления нелинейного регулятора с зоной нечувствительности,Для работы системы поиска на границе устойчивости или вблизи ее параметры управляемого фильтра 10 обратной связи выбираются такими, чтобы в момент обнаружения источника излучения в основном контуре ре. гулирования возникали только автоколебания высокой частоты, являющиеся в этом контуре прооными сигналами, и чтобы эги сигналы возникали в зависимости от глубины обратной связи управляемого ограничителя, коэффициента усиления основного контура регулирования и от объема и скорости потока информации, поступающей от воспринимаемого источника излучения,Контур П содержит управляемый ограничитель 2 порога чувствительности. Последний поддерживает удовлетворительную линеаризацию регулятора за счет усиленной положительной обратной связи, установленной между выходом и входом управляемого ограничи. теля, с одной стороны, и за,счет управляемой отрицательной обратной связи, установленной между специальным входом ограничителя и специальным выходом управляемого фильтра 10, с другой стороны. Управляемый ограничитель порога чувствительности построен так, что в,начальный момент, когда управляемый генератор активирующего контура не обеспечивает полной линеаризации нелинейного регулятора, он работает с преобладанием положительной обратной связи. В этом слу чае в активирующем кончуре поддерживается высокая чувствительность преобразующего тракта управляемого генератора 3.В момент, когда частотное воздействие и экспоненциальная форма напряжения активирующего контура обеспечивают удовлетворительнуюю линеаризацию нелинейного блока, управляемый ограничитель порога чувствительности начинает работать с отрицательной обратной связью. Другими словами, если частота линеаризации не превышает некоторого порога, то частота на выходе генератора 3 увеличивается по мере увеличения входного воздействия, если же частота линеаризацпи достигает порогового значения, то частота и экспоненциальная форма напряжения остаются неизменными до момента уменьшения входного воздействия или до момента организации пробных движений. В первом случае изменения экспоненциальной формы напряжения и частоты генератора достигаются как за счет увеличения входного воздействия, так и за счет усиления положительной обратной связи. Во втором случае постоянство частогы и неизменность экспоненциальной формы напряжения на выходе генератора поддерживаются отрицательной обратной связью, которая начинает функционировать только с момента достижения заданной частоты линеаризации. Таким образом, комбинация цепей положительной и отрицательной обратных связей поддерживает работу системы в режиме регулярного поиска на границе устойчивости или вблизи ее и ограничивает основной контур системы поиска от возможной зоны насыщения. Кроме того, отрицательная обратная связь контура П придает системе поиска новое свойство - самоограничение. В этом случае контур П будет нечувствителен к большим изменениям параметров объекта и входным воздействиям, поступающим на вход следящего преобразователя 1 излучения,Основным элементом контура П является экспоненцпальньш преобразователь, который представляет собой управляемый генератор 3 экспоненциальных импульсов, собранный на ферротранзисторных элементах по симметрич ной двухтактной схеме с управляемой об ратной связью. Управляемый генератор рабо. тает так, что информационный сигнал постоянного тока преобразуется в экспоненциальные управляемые импульсы частоты и показатель экспоненты которых зависит от величины этого сигнала.В контуре П имеется также полупроводниковый фотоприемник (следящий преобразователь излучения), производящий дискретнонепрерывный обзор по всему полю возможного нахождения излучения одновременно. С помощью такого устройства осуществляегся обнаружение, перемещения источника излучения и получение текущих координат положения источника по двум осям.Во всех случаях контур 11 решает две задачи: задачу наилучшего приема и преобразования информации, поступающей от воспринимаемого источника излучения, и задачу сведения сложных движений системы поиска к более простым. Удовлетворительное решение первой задачи достигаемся синхронизмом, устанавливающимся в период активного полока между управляемым генератором 3 и нелинейным регулятором 9. В этом случае сигнал, снимаемый с выхода чувствительного элемента приемника, является не только управляющим для основного, контура регулирования, но и информативным, содержащим ин. форм ацию об изменении потока лучистой энергии и об изменении, параметров следяще. го преобразователя излучения. Импульсы, спи маемые с выхода генератора 3, подаются на вход основного контура в виде,дискретно-непрерывного управляющего воздействия, С помощью последнего в основном контуре достигается частотно-управляемая линеаризация нелинейного регулятора, а в системе поиска появляется дополнительный переходной процесс, характеризующий поведение системы.Решение второй задачи производится дискретно-непрерывным методом и длится до тех пор, пока количество, информации, поступающей от воспринимаемого источника излучения, не окажется достаточным для получения максимального сипнала на выходе, следящего преобразователя излучения. В этот момент генератор 3 управляется максимальным сипналом и, следовательно, частота на его выходе достигает уровня линеаризации нелинейного регулятора. Техническая точность решения второй задачи зависит от чувствительности следящего преобразователя излучения и способа линеаризации нелинейного регулятора в момент активного, поиска.Контур П 1 самонастройки является анализатором переходных процессов, в структурной схеме которого находится управляемый по частоте генератор 13, генерирующий синусои дальное напряжение, неизменной амплитуды. Такой генератор снабжен двумя обратными связями, одна из которых является дискретно-управляемой, а другая - непрерывно-управляемой. Первая обратная связь управляет работой генератора по показателю качества самонастройки, поскольку характер воздействия на генератор зависит от длительности и степени разнообразия реакции самой системы (это цепь 14). Вторая обратная связь управляет работой генератора по критерию воспроизведения внешнего воздействия и однозначно зависит от длительности,и степени разнообразия внешнего воздействия (это цепь И),Основная задача контура самонастроикисостоит в том, чтобы оценить влияние неизвестных параметров на рабочий режим системы и настроить основной контур на характе 5 ристики, близкие к оптимальным. Для даинойсхемы такая оценка устанавливается на основании информации о коэффициенте затухания и длительности и степени разнообразия внешнего воздействия.10 Контур 111 следует рассматривать, как двавзаимосвязанных контура. Первый контур устанавливает приближенную оценку влияния неизвестных параметров на основе анализа реакции самой системы, второй - на основе15 анализа внешного воздействия.Установленные оценки сравниваются в схеме управляемого генератора 13 показателя качества. Последний в зависимости от оценки влияния неизвестных параметров изменяет 20 коэффициент усиления и частотную харакгеристику усилителя 8 основного контура. Изменение основных характеристик системы поиска достигается за счет ослабления или у:иления общей обратной связи в схеме генера тора. Глубина этой связи зависит от величины влияния неизвестных параметров и режима наведения на источник излучения или его поиска.Генератор построен так, что в момент уси- ЗО ления обратной связи по цепи 14 управляемая связь по цепи 15 ослабляется,Кроме того, когда коэффициент усиленияосновного контура достигает номинального значения за счет ослабления обратной связи в 35 контуре самонастройки и за счет усиления еепо цепи 15 информативная обратная связь 1 б по достижении граничной устойчивости системы мгновенно изменяет глубину образиной связи генератора 13 и, следовательно, изме няет коэффициент усиления основного контура до тех порпока система не достигнет устойчивого колебательного движения около некоторого состояния равновесия. В этом случае система автоматического поиска решает 45 задачу чувствительности. Таким образом, наличие информативной обратной связи 16 в контуре самонастройки позволяет решить за.дачи устойчивости и чувствительности.Основная задача контура воспроизведения 50 входного воздействия заключается в том, чтобы на основе анализа входного воздействпя расширить рабочий диапазон контура самонастройки и произвести периодический контроль системы поиска раздельно по чувстви тельности и устойчивости.В рассматриваемом устройстве анализ производится с помощью генератора 3 контура поиска 17 и генератора 13 показателя качества контура самонастройки и воспроизведе ния.Анализ проводится следующим образом.Пусть реакция на выходе, системы поискаконтура 1 равна нулю или некоторой постоянной величине. В это время обратная связь 65 генератора 13 будет находиться на такомуровне, на каком находится обратная связь генератора 3 контура П. Это означает, что частотная характеристика преобразующего тракта и его коэффициент усиления однозначно зависит от амплитуды внешнего воздейст вия, В общем случае, частотная характеристика усилительного звена 8 с переменным коэффициентом усиления является удовлетворительной для усиления управляющего воздействия активирующего контура, частота ко торого зависит от амплитуды внешнего воздействия. В свою очередь коэффициент усиления основного контура увеличит устойчивость системы и уменьшит порог чувствительносги к влиянию неизвестных .параметров, В это 15 время система поиска может иметь два состояния. Одно состояние характеризуется целенаправленным поведением, примером которого является состояние равновесия системы с некоторым запасом устойчивости. Второе 20 состояние характеризуется целенаправленным поведением, примером которого является не- возмущенное движение системы около некого. рого состояния равновесия. Несоответствие между первым состоянием системы и вторь 1 м 25 объясняется тем, что управляемая линеаризация нелинейного, регулятора и коэффициент усиления основного контура находятся в прямой зависимости от амплитуды входного воздействия, Изменение коэффициента усиления З 0 и управление частотной линеаризацией осуществляется с помощью генераторов 13 и 3 соответственно, у которых сигналы входа преобразуются в импульсы с постоянной амплитудой, частота следования которых зависит от З 5 изменения амплитуды внешного воздецствия. Это позволяет системе в зависимости от разнообразия внешнего воздействия автоматически изменять чувствительность преобразующего тракта в зависимости от режима поис- . 40 ка цели. Кроме того, одновременная работа двух управляемых генераторов от одного входного воздействия позволяет системе эффективно работать с переменным коэффициен.том усиления, управлять зоной нечувствитель ности и получить удовлетворительную частот. ную линеаризацию нелинейного регулятора непосредственно в режиме регулярного поиска. В таком режиме система становится линеаризированной с малым коэффициентом усиле 50 ния. Если воспринимаемый источник излучения или система поиска не меняет своего со. стояния равновесия, то в контуре самонастройки автоматически включается информативная обратная связь. Последняя с помощью 55 управляемого генератора 13 изменяет коэффициент усиления и частотную характеристику основного контура так, что система переходит на кратковременный режим поиска, имея при этом повышенную чувствительность. Это делается для того, чтобы во всех случаях система поиска соблюдала закономерное изменение следящих движений, участвующих в оценке поведения движения воспринимаемого источника. Последующее разделение и решение проблемы устойчивости и чувствительности осуществляется аналогично первому и повторяется каждый раз после достижения системой поиска состояния равновесия с некоторым запасом устойчивости.Предмет изобретенияРелейное самонастраивающееся устройство, содержащее координатор со сканирующим приводом и преобразователем излучения, схему сравнения и релейный регулятор основного контура, контур преобразователя инфор)мацпи с управляемым ограничителем порога чувствительности, через схему сра)внвн)ия подключенным к преобразователю излучения, контур самонастройки, подключенный к выходу координатора с соединенными последовательно блоком формирования импульсов и логическим преобразователем, и контур кругового поиска, отличающееся тем, что, с целью согласования режимов поиска месгонахоткденпя источника теплового излучения и слежения за ним с условиями обнаружения источника излучения и состояния основного контура управления координатором, сокращения времени поиска и повышения точности слежения, в нем между контуром кругового поиска и управляемым ограничителем порога чувствительности включен управляемый гене. ратор экспоненциальных импульсов, подклю ченный свопм вторым входом к выходу координатора; на выходе логического преобразователя контура самонастройки установлен управляемый генератор синусоидального напряжения) подкл 10 ченный сВОим Вторым Входом к преобразователю излучения, а между схемой сравнения основного контура и релейным регулятором и релейным регулятором и сканирующим приводом установлены соответственно усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий зажим которого под. ключен и выходу управляемого генератора синусоидального напряжения, и регулируемый фильтр. подсоединенный своим вторым входом к схеме сравнения управляемого ограни. чителя порога чувствительности и своим вгорым выходом в о второму входу управляемого ограничителя порога чувствительности, причем выход управляемого генератора экспоненциальных импульсов подключен к схеме сравнения основного контура.Составитель И. Н. Шуваловадактор Э. Рубан Техрзд Л. К, Малова Корректор С. М. СигаЗаказ 3792/10 Тираж 480 ПодписноеЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССРМосква Ж.35, Раугиская наб., д. 4/5Типография, пр. Сапунова,