Устройство для определения закона управляющего воздействия

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕН ИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ255659 Союз Советских Социалистических Республике Комитет ио делам изобретеиий и открыти ори Совете Мииистров СССРОпубликовано 28.Х.1969. Бюллетеньта опубликования описания 20.111.1970 Авторыизобретен В, В. Морозов, А. В. Раненко, В, В, Топорков, К. М, Усенко и Н, В, Чернец Специальное конструкторское бюро систем автоматического управлениаявите УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАК УПРАВЛЯЮЩЕГО ВОЗДЕЙСТВИЯ Предложенное изооретение относится к вычислительной технике и автоматическому регулированию и предназначено для определения закона управляющего воздействия.Известно устройство для определения закона управляющего воздействия, определяющее первую разность от отклонения, содержащий регистры, блок управления, дешифратор, триггеры и логические схемы.Предложенное устройство для упрощения и повышения надежности и быстродействия отличается от известных тем, что в нем входная шина через ячейку И, соединенную с блоком команд, подключена к блокам умножения на постоянные коэффициенты, выходы которых непосредственно и через линию задержки связаны с ячейками разрешения вычитания, запрещающей и выделения несоответствия знаков, выход одного из блоков умножения ца постоянные коэффициенты соединен со входом запоминающего регистра, входы триггеров которого соединены с блоком команд и выходы которого посредством блока передачи информации подсоединенного к блоку команд, подключены ко входам триггеров вычитающего регистра, счетный вход первого триггера которого подсоединен к ячейке ИЛИ, связанной с выходами ячейки И управления до- счетом, ячейки И разрешения вычитания и с блоком команд; триггер запоминания знака, входы которого соединены с входными шинами знака, подкчюченными кроме того, к дешифратору и к ячейкам И установки выходного триггера знака, также через блок пе редачи информации соединен с промежуточным триггером знака, соединенным с дешифратором, выход которого через ячейку НЕ соединен с ячейками выделения несоответствия знаков и непосредственно с запирающей 10 ячейкой И, с ячейкой 11 разрешения вычитания и ячейкой И изменения знака; выходы триггера переполнения, подключенного к вычитающему регистоу ц к блоку команд, соединены с ячейкой И разрешения досчета и 15 с запрещающей ячейкой И, выход ячейкиИ разрешения досчета, связанной также с блоком команд, подключен к ячейке И управления досчетом и к ячейке И изменения знака, подключенной к счетному входу выход ного триггера знака, раздельные входы которого соединены с соответствующими ячейками И установки выходного триггера знака, соединенными с блоком команд; входы ячеек И выделения несоответствия знаков, запрещаю щей и управления досчетом через ячейкуИЛИ подключены к выходной шине устройства.Предложенное устройство благодаря выбранному алгоритму вычисления и логической 30 системе значительцо упрощает вычислительные операции и уменьшает время вычисления. (Входная и выходная величины представлены в нем в число-импульсном коде). Кроме того, данный цифровой дифференццатор реализует функцию К(р) = К(тр+1), т. е. учитывает пропорциональную составляющую, что очень важно при построении цифровых регуляторов. Подобная функция может быть реализована на вычислительных машинах, однако такая реализация во многих случаях нерациональна из-за их сложности и относительно низкой надежности.На фиг. 1 приведена структурная схема частотно-цифровой системы регулирования; на фиг. 2 - схема предложенного устройства; на фиг, 3 - график изменения входной величины, производной от нее и суммарного значения производной и входной величины.В структурной схеме частотно-цифровой системы регулирования закон управляющего воздействия вычисляется соответствующим устройством. В этой системе задание устанавливается частотным задатчиком 1 и подается на вход схемы 2 сравнения, ца второй вход которой поступает частотный сигнал от измерительного преобразователя 3, а в последнем величина регулируемого параметра объекта 4 измеряется и преобразуется в частоту. Схема сравнения циклически в дискретные моменты времени спределяет разность входных частот, преобразуя ее величину Х в число-импульсный код. В устройстве 5 по отклонению величины Х вычисляется закон управляющего воздействия, поступающий на вход цифро-аналогового преобразователя б также в число-импульсном коде. Выходной сигнал преобразователя воздействует на исполнительный механизм 7, изменяющий состояние объекта. При использовании интегрирующего исполнительного механизма общий закон управляющего воздействия такой системы будет пропорциональцо-интегральным, Чтобы в такой системе регулирования получить пропорционально-интегральный закон управляющего воздействия прц использовании пропорциональных исполнительных механизмов, в системе должен быть применен цифро-аналоговый преооразоватсль накапливающего типа.Преимущества системы регулирования, содержащей устройство для определения закона управляющего воздействия, у которого входная и выходная величины представлешя число-импульсным кодом, заключаются в возможности унификации вычислительной части системы, хорошем согласовании с исполнительными механизмами различного типа (щаговыми, непрерывными, позиционерами) и с центральной вычислительной машиной и повышения надежности всей системы (так как информация к исполнительному механизму передается в виде приращения, а не в виде полного значения величины),Схема предложенного устройства (см. фиг. 2) состоит из двух блоков умножения ца постояннь:е коэффициентьг (БУК, и БУКг),4линии задержки 73, триггеров Тг, Т, и Т (со ответственно запоминания знака, промежуточного знака и выходного знака), триггера переполнения Т, вычитающего регистра Р ло.5 гичсских ячеек И, - Итипа И и ячеекИЛИИ 7 И ИЛИ типа ИЛИ, дешифратора соответствия ДП(С, управляющего работой ячеек И - И;запоминающего регистра Рсвязанного с Р блоком передачи ицформа ции БПИ, ячейки НЕ, блока команд БК.Функции ячеек распределены следующимобразом: И, - запрещающая; И 9 - выделения несоответствия знаков; И;, - разрешения вычитания; И - управления досчетом; И., - 15 изменения знака; Ио - разрешения досчета;Иг, И - установки выходного триггера знака; Ио - входная.Устройство работает циклически в два такта - рабочий и промежуточный,20 Вычисление закона управляющего воздействия происходит в рабочий такт по командам: К, - установка в ноль, К. - передача информации, К - сброс запоминающего регистра:, К 4 -- измерение, К;, - команда - 25 досчет, вырабатываемым блоком команд БКв строго определенной последовательности.Цифровой дифференциатор вычисляет суммарную величину первой разности и пропорциональной составляющей посредством логиЗ 0 ческой системы, реализующей уравнение:Р) = агХггТ) + а.,ХпТ) - а Х(г -- 1) Т) = а,ХпТ) + а.(ХпТ) -Х(п - 1) Т = а,ХпТ) + ЛХпТ),35где Х (пТ) - значения входной величины вдискретные моменты времени,Т,2 Т, ЗТ пТ;а а - постоянные коэффициенты;40 Т - время цикла; Т = Тграб+ Тором(Т -- рабочая часть цикла,Т - промежуточная) . В начале каждого гг-го цикла триггер Т,45 командой К, устанавливается в исходное состояние. Тподает разрешающий потенциална логические ячейки Вь Ио и снимает сигналс ячейки ИьВ запоминающем регистре Р, хранится чис 50 ло, равное значению входной величины Х, умноженной в предыдущем цикле на постоянныйкоэффициент а, т. е. аХ(гг - 1) Т), Это число командой К переписывается через блокпередачи информации БПИ в регистр Р. об 55 ратным кодом. По этой же команде информация о знаке величины Х(п - 1) Т), хранящаяся в триггере запоминания знака Т переносится в промежуточный триггер знака Т, выходы которого подключены к ДШС,60 Командой К, триперы регистра Р, устанавливаются в нулевое состояние, и в регистр Р,.по счетному входу через ячейку ИЛИ, вносится импульс, преобразующий переданную в него ранее командой К обратным кодом вели 65 чипу аХ(гг - 1) Т) в дополнительный код, 255659По команде К, входная величина хггТ, представленная число-импульсным кодом, умножается в блоках БУК, и БУК на коэффициенты и, и а, Выходные импульсы блоков БУК, и БУК. суммируются на водной ячейке ИЛИ причем составляющая п,ХиТ) сдвигается относительно и Хгг Т) при помощи линии задержки ЛЗ во избежание одновременного появления импульсов на ячейке ИЛИ. Импульсы с блока БНК 2 составляющая аХиТ записываются также в регистр Р, и это число хранится в нем до начала следующего и+ 1-го цикла,Информация о знаке текущего значения величины Хи 7 поступает на входные шипы триггера Т на ячейки И 7, И, и на ДШС, который в случае совпадения знаков входной величины за предыдущий и - 1) -й и текущий и-ый циклы подает разрешение на ячейки И И; и через ячейку НЕ запирает ячейку И За время действия команды К, количество импульсов, прошедшее через ячейку ИЛИ будет равно величине /а,ХиТ/ -, - /а,.ХиТ/. Выходные импульсы ячейки ИЛИ, через один из входов ячейки Иь на остальных входах которой присутствуют разрешающие сигналы от Ти ДШС, и через ИЛИ 2 заносятся по счетному входу в Рг.Если общее количество импульсов, прошедшее через ячейку ИЛИ, за время действия команды К 4, больше количества импульсов аХ(и - 1) Т, прошедших за предыдущий цикл, т. е./а,Хи 7)/+ /а.,ХиТ)/ ) а,.Х(и - 1) Т),регистр Р. череполцится (когда сумма поступивших в чего импульсов составит число а.Х(и - 1) Т) и опрокинет триггер Т. Этот триггер снимет разрешающий потенциал с ячеек Из, И и подаст его на И,. С этого момента импульсы с ячейки ИЛИ поступают непосредственно на выход через И ИЛИ;. Знак поступающей на выход величиныаХиТ) + п.,ХиТ - а.Х(и - 1) Т соответствует знаку входной величины, определяемому состоянием выходного триггера Т знака. Этот триггер устанавливается в соответствующее состояние по команде К, через ячейки И;, И,В момент действия команды К,; состояние схемы не изменится, так как ячейки И, И, закрыты, В том случае, когда/а,ХггТ/+ /аХиТ)/ ( /аХ(и - 1) Т/,и знаки входной величины за предыдущий и последующий циклы также совпадают, регистр Р, не переполнится. Тогда по команде К;, подающей разрешение на ячейку И триггер Т, перебросится (через И,.-) в противоположное состояние, а импульсы частоты досчета через И, ИЛИ начнут поступать на выход, а через ИЛИ - в регистр Р. При переполнении Р триггер Тперебросится и закроет ячейку И которая снимет разрешение с И 4, Следова 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 тельно, за время действия команд К 4 и К; на выод поступит количество импульсов, пропорциональное велцчццс/а,ХиТ/+ /а,ХггТ/+ /а. Х(и - 1) Т/, имеющей знак, противоположный знаку величины ХггТ.Если в и-и цикле знак ХгТ изменится на противоположный цо сравнению со знаком Х(и - 1) Т, ДШС запирает ячейку И И., а ячейка И оказывается открытой. В этом случае входная величина /а,ХггТ/+/агХггТ/ полностью проодцт ца выод б через И, а триггер Тп остается В цсодном состоянии. Команда К, подает разрешающий сигнал на один цз вадов ячейки И через И, на втором воде которой присутствует разрешающий потенциал от Т,Импульсы частоты досчета через И, поступают ца вод б и одновременно в регистр Р через ИЛИ В момент переполнения Р., триггер Т переходит в противоположное состояние, закрывая И. Проождение импульсов досчета через И, прекращается. Количество импульсов, прошедшее на выход преобразователя б за время действия команды К 4, равно п.,Х (гг - 1) Т). Таким образом, прц данном сочетании знаков на выод устройства поступает количество импульсов, пропорциональное величине:/а,ХгТ)/+ /п.,ХпГ/+ /аХ(и - 1) Т/. Знак этой величине определяется знаком величины ХггТ гг-го цикла.Показать, что выодная величина в таком устройстве действительно является суммой первой оазцостц и пропорцнтональной составляющеи, можно следующим образом, используя принцип су перпозицпи.Разорвем цепь проождеция входных импульсов через БУК . Тогда этц импульсы при любом знаке водного сигнала пройдут непосредственно на выход преобразователя б через БУКь ИЛИг, И,1 ИЫ, ИЛИл, поскольку регистр Р при ооразовании дополнительного кода переполнится ц переведет триггер Тв единичное состояние. Так как в регистр Р, импульсы не поступают, то при передаче нулевой информации от него в регистр Р все триггеры последнего установятся в единичное состояние, а при образовании дополнительного кода по команде К;, регистр Р переполнится. Триггер Тподает разрешагощий потенциал на ячейку И, и снимает с ячеек И; И,. Знак выходной величины соответствует знаку водной,Теперь проследим образование первой разности, используя график (см. фиг, 3), при разорванной цепи проождения входных импульсов через БУКь где кривая 1 - входная величина; кривая 11 - производная, умноженная на постоянный коэффициент (первая разность); кривая 111 - суммарное значение первой разности ц водной величины. Выделим на графике характерные интервалы образования первой разности (1 - 12, Ь - 1, 1 з - 1- 1),В интервалах 1, - 1., 1, - 14 а /ХпТ 71/ ) а/Х (и - 1) Т 1/ а в интервалах Й - :, 4 -а,./ХпТ/ ( а /Х(п - 1) Т)/,Характерным является также момент перехода входной величины через нулевое значение.Для первых интервалов количества импульсов величины а,Х(п - 1) Т 1 будет достаточно для переполнения регистра Р,; после переполнения на выходе его появляются импульсы разности. Знак производной определяется зна- КОМ ВХОДНОЙ ВЕЛИЧИНЫ.Для вторых интервалов импульсов текущего значения а/ХпТ 1/ недостаточно для переполнения Р и, чтобы выделить разность А хранящуюся в регистре, необходимо дополнить его до переполнения импульсами частоты досчета. Знак производной противоположен знаку входной величины. В схеме (см. фиг. 2) установка знака прослеживается следующим образом. По окончании команды К 4 7 находится в нулевом состоянии и на ячейках И, И, имеется разрешающий потенциал. Команда К;, переводит Т, ,в противоположное состояние по счетному входу через И И. Одновременно открывается ячейка И 4, и импульсы досчета поступают на выход преобразователя и счетный выход Р, В момент переполнения регистра Р триггер Тснимает разрешающий потенциал с И и поступление на выход импульсов прекращается. Количество прошедших на выход импульсов пропорционально А;, .В случае перехода через ноль первая разность Аю, равна сумме величин а /Х(п -- 1) Т 1 РР а/ХпТ)(, а знак ее определяется знаком текущей величины ХпТ 1. Триггеры Ть 7 знаков находятся в несоответствии, на выходе ДШС отсутствует сигнал, ячейка И; закрыта, а И - открыта, Все входные импульсы а,ХпТ) поступают на выход через БУК 2, ИЛИ И, ИЛИ,. Так как Р, не переполнился, то по комачде К,- импульсы досчета дополняют его и одновременно поступают на выход. Триггер Т;, знака не перебросится в противоположное состояние, так как ячейка .-, закрыта (нет сигнала с ДШС).В момент переполнения Р триггер Тзакрывает ячейку И 4, и поступление импульсов на выход прекращается.Количество импульсов, прошедших на выход за время действия команды К;равно аХ(п - 1) Т 1, а общее количество - за такт А 1,При одновременном прохождении входных импульсов по цепям БУК, и БУК 2 выходная величина равна сумме первой разности и пропорциональной составляющей. 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 В случае применения устройства В мнОГО- канальньх регуляторах регистр Р, заменяется запоминающим устройством,Предмет изобретения Устройство для определения закона управляющего воздействия в системе автоматического регулирования, содержащее регистры, дешифратор, блоки умножения на постоянные коэффициенты, блок команд, триггеры и логические ячейки, отличающееся тем, что, с целью упрощения и повышения надежности и быстродействия, в нем входная шина через ячейку И, соединенную с блоком команд, подключена к блокам умножения на постоянные коэффициенты, выходы которых непосредственно и через линию задержки связаны с ячейками И разрешения вычитания, запрещающей и выделения несоответствия знаков, выход одного из блоков умножения на постоянные коэффициенты соединен со входом запоминающего регистра, входы триггеров которого соединены с блоком команд и выходы которого посредством блока передачи информации, подсоединенного к блоку команд, подключены ко входам триггеров вычитающего регистра, счетный вход первого триггера которого подсоединен к ячейке ИЛИ, связанной с выходами ячейки И управления досчетом, ячейки И разрешения вычитания и с блоком команд; триггер запоминания знака, входы которого соединены с входными шинами знака, подключенными, кроме того, к дешифратору и к ячейкам И установки выходного триггера знака, также через блок передачи информации соединен с промежуточным триггером знака, соединенным с дешифратором, выход которого через ячейку НЕ соединен с ячейками выделения несоответствия знаков и непосредственно с запирающей ячейкой И, с ячейкой И разрешения вычитания и ячейкой И изменения знака; выходы триггера переполнения, подключенного к вычитающему регистру и к блоку команд, соединены с ячейкой И разрешения досчета и с запрещающей ячейкой И, выход ячейки И разрешения досчета, связанной также с блоком команд, подключен к ячейке И управления досчетом и к ячейке И изменения знака, подключенной к счетному входу выходного триггера знака, раздельные входы которого соединены с соответствующими ячейками И установки выходного триггера знака, соединенными с блоком команд; входы ячеек И выделения несоответствия знаков, запрещающей и управления досчетом через ячейку ИЛИ подключены к выходной шине устройства.