Устройство для моделирования систем управления

ОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Сооз СоветскихСоциалистическихРеспубликОпубликовано 15.06.82, Бюллетень22 Дата опубликования описания 17, 06 .82(72) Авторы изобретени Крылов, В.А. Давидович Московский ордена Ленина и ор институт инженеров железн явител ИРОВАНИЯ СИСТЕ(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ МО УПРАВЛЕН2щих в системах, в том числе реакции систем на внешние и внутренние воэдей ст ви я, опи сы вающих инерционные свойства систем, а также случайные процессы компенсации операторами последствий либо отказов отдельных компонентов систем, либо последствий от перемены структуры в адаптивных системах.Известно устройство, содержащее блок схем сравнения, блок нелинейностей, интегратор, сумматор, инвертор и блок задержки. Вход блока схем срав нения подключен к входу сумматора, а выхсщ через блок нелинейностей при соединен ко входу интегратора, выход которого соединен со входами блока задержки и инвертора, Устройство позволяет моделировать запаздывание систем автоматического регулирования на внешние возмущения, тае имитировать инерционность систем2.Недостаток устройства - отсутствие возможности моделировать случайныеИзобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при статистическом исследова- нии качества Функционирования автоматизированных, автоматических систем управления многосвязанными объектами, а также нелинейных и адаптивных систем управления с переменными структурами.Известно устройство, содержащее магнитные усилители, блоки задания начальных параметров систем, регистры коэФФициентов связи абсцисс характеристик систем, блоки установки начальных ординат и размерности параметров моделируемых процессов функционирования систем. Устройство позволяет моделировать многомерные экстремальные режимы работы систем управления с учетом нестационарных"реальных процессов изменения их свойств 11Однако известное устройство не позволяет имитировать совокупности взаимосвязанных процессов, протекаюнарудового Красного Внамеорскно гбтранспортам "нихШ9359 Поставленная цель достигается тем; что в устройство, содержащее генератор случайных сигналов, генератор тактовых импульсов, блок схем сравнения, блок счетчиков и первый блок регистров, выход которопо подключен к первому входу блока элементов И, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока счетчиков, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а второй выход блока счетчиков подключен к первому блоку схем сравнения, вве- О дены блок элементов И-НЕ, второй блок регистров, реверсивнвй счетчик, блок памяти, блок цифра-аналоговых преобразователей и блок управления, включающий два коммутатора, ф группу триггеров и группу элементов И, выходы первого коммутатора блока управления подключены соответстпроцессы компенсации операторами последствий отказов агрегатов систем.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее генератор случайных процессов, блоки логических элементов И и схем сравнения, блок счетчиков и блок задержкиВыход генератора случайных процессов через блок логических элементов И под-о ключен ко входу схемы сравнения, выход которой через блок задержки соединен со входом блока счетчиков, Устройство позволяет моделировать случайные процессы компенсации операто з рами последствий отказов с учетом ли,нейной аппроксимации реализаций случчайных процессов определяющих параметров 3 1.Недостаток устройства -.отсутст- ур вие возможности моделирования нестационарных произвольной формы случайных процессов разрегулирования систем а также случайных процессов, имитирующих скользящий режим систем И с переменной структурой, что приводит к ограничению его функциональных возможностей и к понижению точности получаемых результатов моделирования. 36Целью изобретения является расши" рение функциональных возможностей устройства за счет моделирования совокупности взаимосвязанных нестационарных случайных процессов реакМ ции систем на изменения их структур и на внешние воздействия. 6 фвенно к нулевым входам триггеровгруппы, единичные входы которых соединены с последним выходом первого коммутатора и первым входом элементов Игруппы, выход триггеров группы подключены к соответствующему входу второго коммутатора, выходы которогоподключены соответственно к вторымвходам элементов И группы, первыйвход первого коммутатора блока управления соединен с выходом блока схемсравнения, а второй вход первого коммутатора блока управления подключенк выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго элементов И группы блока управления соединены с первой группой входов блока элементов И-НЕ, выходы третьегои четвертого элементов И группы блэка управления подключены к управляющим входам второго блока регистровсоответственно, выходы пятого и шестого элементов И группы блока управ ения и первые входы элементов Ируппы блока управления и первые вхо"ды элементов И группы блока управления соединены с управляющими входамиблока памяти соответственно, второйвход блока элементов И-НЕ подключенк выходу генератора случайных сигналов и второму входу блока элементов И,выход которого через блок памяти подключен к информационному входу второго блока регистров, первый выход которого соединен со входом блока цифроаналоговых преобразователей, выходкоторого подключен ко входу генератора случайных сигналов, входы реверсивного счетчика соединены с выходамиблока элементов И-НЕ, а выход подключен ко второму входу блока схем сравнения, третий вход которого соединенсо вторым выходом второго блока регистров.На фиг. 1 представлена структурнаясхема устройства для моделированиясистем управления; на фиг, 2 -структурная схема блока управления.Устройство содержит генератор 1случайных сигналов, генератор 2 тактовых импульсов, блок 3 элементов И-НЕ,блок 4 элементов И, реверсивный счетчик 5, блок 6 счетчиков, блоки 7 и8 регистров, блок 9 памяти, блок 10схем сравнения, блок 11 цифро-аналоговых преобразователей, блок 12 управления,Генератор 1 случайных сигналов содержит источник случайного напряже45 50 55 ния с нормальным законом распределения мгновенных амплитудных значенийи два триггера Шмитта, включенных навыходе источника напряжения. Генератор 2 тактовых импульсов является типовой автоколебательной схемой, генерирующей импульсы стандартной амплитуды и длительности. Блок 3 содержитэлементы И-НЕ и фактически являетсяпреобразователем напряжение-код,Блок 1 содержит элементы И, к первымвходам которых подключен выход генератора 1 случайных си гналов, а ковторым - выходы блока 7 регистров.В качестве реверсивного счетчика 5используется типовая схема с несколькими суммирующими и выцитающими входами. Блок 6 счетчиков состоит издвух счетчиков импульсов. Блоки 7 и 8регистров содержат типовые й -разрядные регистры для приема и храненияинформации о случайных процессах.Блок 9 памяти состоит из стандартныхэлементов памяти. Блок 10 содержитсхемы сравнения, два выцитающихсчетчика и два суммирующих. Блок 11включает в себя два цифро-аналоговыхпреобразователя, Блок 12 управлениясостоит из первого коммутатора 13,группы 11,- 145 триггеров, второгокоммутатора 15, группы 164 - 1 би элементов И. Устройство работает следующим образом.Нормированные функции распределений значений моделируемых случайных процессов, а также допустимые уровни изменения определяющих параметров системы поочередно из блока 7 регист" ров заносятся в блок 9 памяти. Одновременно с этим в блоке 1 О схем сравнения устанавливаются время моделирования и количество циклов имитации случайных процессов изменения свойств системы. Кроме того, в блоке 10 задаются ( переписываются из блока памяти ) значения уровней допусков на выходные параметры.форма каждой реализации моделируемого нестационарного случайного процесса обусловливается интенсивностью потока импульсов, генерируемых в блоке 1. Интенсивность следования импульсов зависит от величин порогов срабатывания триггеров Шмитта, Пороги срабатывания задаются сигналами с выхода блока 8 регистров, поступающих через блок 11 цифро-аналоговых 5 10 15 20 25 30 35 40 преобразователей на вход генератора 1.Отсчет времени моделирования осуществляется путем подсчета генерируемых в генераторе 2 тактовых импульсов блоком счетчиков 6. Сигнал переполнения блока 6 свидетельствует обокончании отдельного интервала моделирования. Второй счетчик блока 6 накапливает сведения о количестве промоделированных интервалов.При наличии управляющих сигналовот блока 12 на выхдде блока 9 памятипоявляется код, служащий для заданиявеличин порогов срабатывания триггеров Шмитта в генераторе 1.Потоки случайных импульсов с выхода генератора 1 через блок 3 элементов И-НЕ поступают на счетные входыреверсивного сцетцика 5, В каждыйдискретный момент времени на выходесчетчика 5 образуется действительноезначение суммарного нестационарногослучайного процесса изменения определяющего параметра исследуемой системы.С помощью элементов И-НЕ под воздействием сигналов от блока 12, поступающих на вторые входы блока 3,образуются заданные комбинации случайных процессов: внешних и внутренних возмущений, компенсации операторами последствий от возможных отказов агрегатов систем, а также процессов, имитирующих непрерывное настраивание динамических характерис"тик адаптивных систем с переменнойструктурой,Алгоритмы генерирования случайныхПроцессов воспроизводятся с помощьюблока управления 12,Нри наличии на первом входе коммутатора 13 сигналов от блока 10 схем сравнения, свидетельствующих о достижении определяющих параметров (параметрами) исследуемой системы до" пустимых значений, срабатывают триггеры 14 и 112, Изменение выходных потенциалов триггеров 11 и 14 приводит к.изменению состояния элементов И 16 -164, Благодаря этому происходит перезапись из блока регистров 8 через блок цифро-аналоговых преобразователей 11 кода порогов срабатывания триггеров Шмитта в генераторе, и на выходе блока 3 формируются заданные совокупности реализаций случайных процессов.Величины порогов срабатывания триггеров Ымитта устанавливаются такими, чтобы имелась Ьозможность имитации как линейныхтак и нелинейных(квадратичных, параболических, экспо 5 ненциальных и т.п,) реализацией не- стационарных случайных процессов изменения,определяющих параметров систем.Допустимые значения (допуски) на 10 определяющие параметры системы задают" ся вначале цикла моделирования послепереключения триггера 14 и коммутации элементов И 16 - и 16 .В течение каждого цикла моделиро ф вания величина определяющих параметров системы сравнивается в блоке 10 с допусками; пре превышении допустимых значений или завершении выбранного интервала моделирования с выхода 20 блока 10 на первый вход блока 12 поступает сигнал очередного цикла моделирования.В начале очередного циКла моделирования на второй вход блока 4 логи" ческих элементов И с выхода генератора 1 поступает сигнал, .по которомупрй наличии управляющих команд напервых входах блоков 4 и 8 из блока 9памяти выдается серия значений уров- ЗО ней срабатывания пороговых элементов блокаДалее, в следующем цикле моделирования описанные операции повторяются.При достижении заданного числациклов имитации в вычитающем счетчике блока 10 появляется "01, послечего в блок 12 управления поступает . сигнал о завершении моделирования.Суммирующий счетчик блока 10 йри зтом 4 осодержит в двоичном коде число имевших место параметрических отказовсистемы. На основании показаний этихсчетчиков по известным формулам теории надежности вычисляются количест- фвенные значения показателей качества, надежности и эффективности системы.Таким образом, использование до; .полнительных блоков позволяет значительно рааширить функциональные возможности устройства, поскольку нарядус линейными случайными процессамивоспроизводятся нестационарные случайные процессы, реализации которыхимеют фактически любую, наперед заданную Форму, причем зти нестационарные случайные процессы могут моделировать не только компенсацию внешних и внутренних возмущающих воздействий на систему ( в том числе, как автоматическую компенсацию, так и компенсацию с помощью оператора 1, но и реакцию самонастраивающихся систем на изменение структуры, т.е. скользящий режим фукнционирования адаптивных системуправления. Благодаря этому значительно улучшаются технико-зкономические показатели устройства: увеличивается точность моделирования взаимосвязанных случайных процессов изменения состояний систем и возрастает достоверность получаемых результатов оценки качества систем.Формула изобретенияУстройство для моделирования систем управления, содержащее генератор случайных сигналов, генератор тактовых импульсов, блок схем сравнения, блок счетчиков, первый блок регистров, выход которого подключен к первому входу блока элементов И, управляющий вход которого соединен с первым выходом блока счетчиков, вход которого подключен к выходу генератора тактовых импульсов, а второй выход блока счетчиков подключен к первому входу блока схем сравнения, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения фукнциональных возьржностей за счет моделирования совокупности взаимосвязанных нестационарных случайных процессов реакции систем на изменения их структур и на внешние воздействия, устройство содержит блок элементов И-НЕ, второй блок .регистров, реверсивный счетчик, блок памяти, блок цифро-аналоговых преобразователей и блок управления, включающий два коммутатора, группу триггеров и группу эЛементов И, выходы первого коммутатора блока управления подключены соответственно к нулевым виодам триггеров группы, единичные входы которых соединены с последним выходом первого коммутатора и первым входом элементов И группы, выходы триггеров группы подключены к соответствующечу входу второго коммутатора, выходь 1оторого подключены соответственно к вторым входам элементов И группы, первый вход первого коммутатора блока управления соединен с выходом блока схем сравнения, а второй вход пер9359вого коммутатора блока управления подключен к выходу генератора тактовых импульсов, выходы первого и второго элементов И группы блока управления соединены с первой группой входов блока элементов И-НЕ; выходы третьего и четвертого элементов И группы блока управления подключены к управляющим входам второго блока регистров соответственно, выходы пятого и 1 О шестого элементов И группы блока управления и первые входы элементов И группы блока управления соединены с управляющими входами блока памяти соответственно, второй вход блока эле ментов И-НЕ подключен к выходу генератора случайных сигналов и второму входу блока элементов И, выход которого через блок памяти подключен к информационному входу второго блока 20 65 10регистров, первый выход которого соединен со входом блока цифро-аналоговых преобразователей, выход которого подключен к входу генератора случайных сигналов, входы реверсивного счетчика соединены с выходами блока элементов И-НЕ соответственно, а выход подключен ко второму входу блока схем сравнения, третий вход которого соединен со вторым выходом второго блока регистров.Источники информации, принятые во внимание при экспертизе1. Авторское свидетельство СССР589613, кл. С 06 С 7/66, 1975.2. Авторское свидетельство СССР Г 633937, кл. С 06 С 7/62, 1977.3. Авторское свидетельство СССР М 209080, кл. С 06 С 7/118, 1966 (прототип).. Фукалоинец ле еПодписное Филиал ПП Составитель а Техред А. Баб Тираж 731 Государственного делан изобретений осква Ж-Я Райшо екто В. Братяга оиитета СССР и открытийкая наб. д /5 род ул Проектная