Устройство для адаптивного управления

(19) (11) А 3(59 О 05 В 13 02 ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ ОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВ К АВТ) 23.07,84, Бюл, 9 272) И,М,Букин3) 62-50 (088. 8)6) 1, Патент фран6 05 В 13/00, о2, Патент США 9С. 05 В 13/02, опрототип),12060,21,01.77,20.06.78 ции 9 публик 409656 публик ОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР0 ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(54)(57) 1. УСТРОЙСТВО ДЛЯ АДАПТИВНОГО УПРАВЛЕНИЯ, содержащее в каждомканале задатчик параметра, управляющие входы которого соедииены с первым и вторым выходами блока воздействия, а выход подключен к входупоследнего, о т л и ч а ю щ е е с ятем, что, с целью повышения надежнЬсти устройства, в него введенысумматор сигналов регулирования,преобразователь код-аналог, суммирующий элемент, элемент неравнозначности и таймер, а в каждый канал дополнительно включен вентиль, первый входкоторого соединен с выходом задатчика, второй вход - с входом канала,а выход - с первым выходом канала,второй выход которого подключен квыходу задатчика, при этом первыевыходы каналов подключены к объеди"ненным канальным входам суммирующегоэлемента, а вторые выходы - к соответствующим канальным входам сумматора, выход которого подключен к информационному входу преобразователякод"аналог, первый и второй управляющие выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами су" суммирующего элемента, первый и второй управляющие выходы последнего подключены соответственно к входам элемента неравнозначности, а рабочий выход соединен с нагрузкой, кроме того, выход элемента неравнознач" ности подключен к объединенным входам каналов и через таймер связан с входом Сброс преобразователя код-аналог и с входом Запрет сумматора.2, Устройство по и, 1, о т л и ч а и щ е е с я тем, что суммируЮщий элемент содержит первый и второй с меньшей намагничивающей силой срабатывания герконы и общие обмотки управления, при этом начала первой и второй обмоток подключены к первому и второму управляющим входам суммирующего элемента соответственно, а их концы соединены с началом третьей обмотки, которое связано с объединенным канальным входом суммирующего элемента, а конец третьей обмотки подключен к подвижному кои 1 акту первого геркона, неподвижный разьвкающий контакт которого соединен с подвижным контактом второго геркона, а неподвижный замыкающий контакт с первым управляющим выходом суммирую- щего элемента и через первый резистор, с общей шиной, неподвижнЫй размыкающий контакт второго геркона подключен к второму управляющему выходу суммирующего элемента и через второй резистор к общей шине, а неподвижный замыкающий контакт - к рабочему выходу суммирующего элемента.Изобретение относится к техникеавтоматического управления и можетбыть использовано при,построениивысоконадежных многоканальных систем.Известно устройство автоматйческого контроля сложных установок, вкотором контроль и анализ различныхфизических параметров производится спомощью датчиков, передающих сигналыдля автоматической обработки, Результат обработки для каждого параметра сравнивается с предварительнозаданными допусками и определяютсяаварийные условия 1,Недостатком данного устройства яв" 15ляется низкая надежность, обусловленная независимым управлением по параметру каждого из датчиков и отсут -ствием адаптации к изменению контролируемых параметров.20Наиболее близким к изобретению потехнической сущности и достигаемомурезультату является замкнутая система управления, содержащая в каждомканале задатчик параметра, управляющие входы которого соединены с первым и вторым выходами блока воздействия, а выход подключен к входу последнего 2,Недостатком известной система является низкая надежность, обусловленная необходимостью формированиябольшого числа вспомогательных сигналов и независиьюм управлением поПараметру каждого из каналов. Крометого, для управления по нескольким од 35нородным параметрам система организуется путем простого наращивания ипри этом параметры регулируются также, как независимые, что приводит кснижению ее адаптивных качеств, 4 ОЦель изобретения - повышение надежности устройства.Поставленная цель достигается тем,что в устройстэо для адаптивного управления, содержащее в каждом каналЕ задатчик параметра, управляющиевходы которогО соединены с первыми вторым выходами блока воздействия,а выход подключен к входу последнеГо, введены сумматор сигналов регулирований, преОбразователь код-аналог, суммирующий элемент, элемент не"равнозначности и таймер, а в каждыйканал дополнительно включен Вентиль,первый вход которого соединен с выходом эадатчика, второй вход - с вхо дом канала, а вь 1 ход - с первым выходом канала, второй выход которогоподключен к выходу задатчика, приэтом первые выходы каналов подключены к объединенным канальным входам 60суммирующего элемента, а вторыевыходы - к соответствующим каналь-,ным входам сумматора, выход которогоподключен к информационному входу щФобразователя код-аналог, первый и 65 второй управляющие выходы которого соединены с соответствующими управляющими входами суммирующего элемента, первый и второй управляющие выходы последнего подключены соофтветственно к входам элемента неравнозначности, а рабочий выход соединен с нагрузкой, кроме того, выход элемента неравнозначности подключен к объединенным входам каналов и черезтаймер связан с входом фСбросф прв"образователя код-аналог и с входомЗапрет сумматора.Кроме того, суммирующий элементсодержит первый и второй с меньшейнамагничивающей силой срабатываниягерконы и общие обМотки управленйя,при этом начала первой и второй обмоток подключены к первому и второмууправляющим входам суммирующего эле"мента соответственно, а их концы соединены с началом третЬей обмотки, которое связано с объединенным канальным входом суммирующего элемента, аконец третьей обмотки подключен к подвижному контакту первого геркона, неподвижный размыкающий контакт которого соединен с подвижным контактом второго геркона, а неподвижный замыкающий контакт - с первым управ"ляющим выходом суммирующего элемента и через первый резистор с общей шиной, неподвижный размыкающий контакт второго геркона подключен к второмууправляющему выходу суммирующего элемента и через второй резистор к общей шине, а неподвижный замыкающий контакт - к рабочему выходу сумМирую"щего элемента,На фиГ, 1 приведена структурная схема устройства для адаптиВного уп равления; на фиг. 2 - временная диаграмма работы устройства.устройство для адаптивного управления содержит каналы 1.1,1.2,1.в сумматор 2 сигналов регулирования, преобразователь 3 код-аналоГ, суммирующий элемент 4, элемент 5 не- равнозначности, таймер б и нагрузку 7. Каждый канал состоит Нз задатчн" ка 8 параметра, блока 9 воздействия и вентиля 10. Управляющие входы 11 эадатчика 8 соединены с первым и вторым выходами блока 9, а выход 12подключен к входу последнеГо и к первому входу вентиля 10, второй вход которого соединен с входом 13 канала, Выход вентиля 10 подведен к первому выходу 14 канала, второй выход которого соединен с выходом 12 задатчика 8. входы 13 каналов 1.1, 1.2 1.в объединены. Первые выходы 14 каналов подключены к объединенным канальным входам суммирующего элемента4, а вторые выходы 12 - к соответствующим канальным входам сумматора 2.Преобразователь код-аналог 3 включает формирователь 15 фронта и преобраэователи 16,1 и 16.2, каждый изкоторых выполнен в виде реверсивногосчетчика 17 и резистивного целителяМ, В 2, ,В,п, Первый выход счетчика 17 соединей через резистор В 1 свторым выходом, второй выход - через 5резистор В 2 с третьим выходом,щ-й выход через резистор Нп,подключен к управляющему выходу 18.1 (18,2)преобразователя 3 код-.аналог, Счетные входы 19.1 и 19.2 счетчиков 17 10соединены с прямым и инверсным выходами формирователя 15, вход которого связан с информационным входом20 преобразователя 3. код-аналог, авходы Сброс объединены и подключены к входу 21 преобразователя 3код-аналог.Выход сумматора 2 соединен с инФормационным входом 20 преобразователя 3 код-аналог.Суммирующий элемент 4 содержитпервый 22 и второй 23 с меньшей намагничивающей силой срабатываниягерконы и обмотки 24-26 управления,Начала первой и второй обмоток 24 и25 подключены к управляющим входамсуммирующего элемента 4, которые соответственно соединены с управляющимиВыходами 18,1 и 18.2 преобразователя 3 код-аналог. Концы обмоток 24 и25 подключены к началу третьей обмотки 26, Начало третьей обмотки 26связано с объединенным канальнымвходом 14 суммирующего элемента 4 аконец подключен к подвижному контакту первого геркона 22. Неподвижный 35размыкающий контакт последнего соединен с подвижным контактом второгогеркона 23, а неподвижный замыкающийконтакт - с первым управляющим выходом 27 суьмирующего элемента 4 и через первый резистор 28 с общей шиной.Неподвижный размыкают(йй контакт второго геркона 23 подключен к второмууправляющему выходу 29 суммирующегоэлемента 4 и через второй резистор30 к общей шине, а неподвижный замыкающий контакт подведен к рабочемувыходу 31 суммирующего элемента 4 исоединен с нагрузкой 7. Выходы 27и 29 суммирующего элемента 4 подведены к входам элемента 5 неравнознач ности, выход которого подключен кобъединенным входам 13 каналов 1,1,1.2. ,1.щ и через таймер 6 связанс входом 21 Сброс преобразователя3 код-аналог и с входом 32 Запрет 55сумматора 2.Задатчик 8 предназначен для преобразования исходного сигнала к видуи форме, пригодным для обработки всистеме. Он преобразовывает первичный параметр в нормализованный, выдаваемый в систему, и отрабатываетинформацию на входах 11, вызываятребуемое изменение первичного параметра. 65 Блок 9 воз дейст ви я пре дн аз н аче ндля задания регулируемых пределовопорного сигнала и выдачи на задатчик 8 сигнала ошибки, равного разности опорного и регулируемого сигналов.Сумматор 2 сигналов регулированияпредназначен для алгебраического суммирования регулируемых сигналов,Преобразователь 3 код в анал предназначен для квантования сигналов ссумматора 2, Формирования импульсовпо переходу сигнала сумматора 2 каждого уровня квантования, подсчета количества этих импульсов и Формиравания напряжения, пропорциональногоэтому количеству отдельно для положительных и отрицательных сигналовсумматора 2.Суммирующий элемент 4 предназначен для суммирования регулируемыхсигналов каналов и, в зависимостиот результатов суммирования, выдачисумматорного сигнала в нагрузку 7или сигналов управления для изменения режима работы систекю,Под нагрузкой 7 понимается любойприемник суммарного (комплексного)параметра в щ канальной системе,устройство содержит источникисигналов задатчнков и источник опорного сигнала (не показаны) . Источникопорного сигнала имеет три вывода:+1 вывод, ф- вывод, общая шина.От источника опорного сигнала запитываются блоки 9 воздействия, преобразователь 3 код-аналог, причемпреобразователь 16,1 включается междуввыводом и общей шиной, а16,2 - между + выводом и общейшиной,На фиг. 2 а показаны регулируемые сигналы 1, 2 и,щ-каналов Ср, Ср и Срп, соотвественно. Для удобства на этом же графике изображены опорные сигналы ф Соп, 1 Соп,1 Соп; причем условно они приняты одинаковыми для каждого канала, Пунктиром показан сигнал, равный алгебраическойсумме СрСР 2СГпНа фиг. 2 б, в и г показаны сигналы ошибки Со Соы и Сои,1, 2 и щ каналов, полученнйе как разность регулируемого и опорного сигналов в каждом канале и выдаваемые для вОздей- ствия на величины Ср С и Ср регулируемых сигналов до совпадения последних с соответствующими величинами опорных сигналов Соп СопСопНа фиг, 2 д показан алгебраически просуммированный и проквантованный по уровням регулируемый сигнал, Условно показано четыре одинаковых уровня квантования как для положительных, так и для отрицательных значений суммарного сигнала регулирования.На фиг. 2 е приведено. число перехо"дов суммарного регулируемого сигналачерез уровни квантования, а на фиг,2 ж - сигнал выбора, пропорциональныйэтому числу,На фиг, 2 з показаны суммарный регулируемый сигнал, противофазный емусигнал выбора и общий суммарный сигнал (пунктир), передаваемый в нагрузку.Устройство работает следующим обРазом,В задатчиках 8 каналов 1,1, 1,2,1,т первичный сигнал нормализуетсяк виду и форме, принятой для работыв системе, и с выходов 12 как регули руемый сигнал Ср СрСрп,(фиг.2 а) Поступает на вход блоков 9 воздействия и одновременно на первый входвентилей 10 и к канальным входамсумматоров 2 сигналов регулирования.В блоке 9 воздействия формируетсярегулируемый опорный сигнал для положительных и отрицательных значенийрегулируемого сигнала + Сап,; 1 Соп,Сап, (фиг. 2 а) . РегулирУемый сигналв блоке 9 воздействия сравнивается сопорным сигналом такого же знака, ив случае превышения регулируемым сигналом опорного блок 9 воздействиявырабатывает сигнал ошибки С 1 п, (фиг,2 б), Соы (фиг, 2 в)Сом,(фиг,2 г), который поступает на входы 11задатчиков 8, вызывая изменение пер.вичного сигнала до тех пор, пока соответствующий ему регулируемый сигнал не примет значение при котором 35сигнал ошибки равен О,Если вентили 10 открыты, то регулируемые сигналы с выходов 14 каналов 1.1, 1,21.щ поступают на 40объединенный канальный вход суммирующего элемента 4. Если на объединенных входах 13 каналов присутствуетзапирающий сигнал с выхода элемента5 неравнозначности, вентили 10 закры ты и регулиремые сигналы не поступают на объединенныйканальный входсуммирующего элемента 4,Сигналы регулирОвания Ср СрС Р,п алгебРаически сУммИРУютсЯ в 5 Осумматоре 2 (фиг. 2 а, д и з, сигнал Ср) и суммарный сигнал поступает.через информационный вход 20 преобразователя 3 код-аналог на вход формирователя 15 Фронта.В формирователе 15 фронта опорныйсигнал фСОп квантуется на уровни врегулиремом делителе Соп (отдельнодля +Соо и -Соп) (фиг. 2 д, уровни 1"4 для +Сп и -Соп ) .и затем суммарныйсигнал Ср сравнивается с этими уров Онями квантования. Если суммарный сигнал превышает уровень квантования,формируется положительный импульс,а если становится меньше уровня, тоотрицатежьный импульс (Фиг, 2 е) . 65 С прямого и инверсного выходов формирователя 15 эти импульсы поступают на счетные входы 19.1 и 19.2 реверсивных счетчиков 17 преобразователей 16.1 и 16,2 соответственно. Каждый счетчик 17 нагружен на резИстивный делитель В 1, В 2 В, При поступлении на счетный вход положительного импульса к числу, записан" ному в счетчик, прибавляется едини" ца, а при поступлении отрицательного импульса единица вычитается. На дели- ТЕЛЕ В 1, Вг, , Вп 1 фОрМИруЕтСя СИГ- нал С зь, пропорциональный числу, записанному в счетчик, Сигнал Свыв (фиг, 2 ж) с управляющих выходов 18.1 и 18,2 преобразователя 3 код-аналог подводится на первый и второй управляющие входы суммирующего элемента 4 и алгебраически суммируется с сигналом на объединенных канальных входах суммирующего элемента 4, Вследствие этого суммарный сигнал Сн(фиг. 2 з) находится в пределах допуска и в этом случае подводится к рабочему выходу 31 суммирующего элемента 4 и далее в нагрузку 7. Если же общий суммарный сигнал не находится в пре" делах допуска, то на первом 27 или втором 29 управляющих выходах суммирующего элемента 4 появляется сигнал, инициирующий сигнал выхода элемента 5 неравнозначности. Последний подается на вход таймера 6 и на объединенные канальные входы 13 каналов 1.1, 1.2, , 1.т и запирает вентили 10, закрывая достуП сигналов регулирования Ср Ср Ср, к объединенному канальному входу суммирующего элемента 4. Если длительность сигнала на выходе элемента 5 неравнозначности больШе фикснрованного времени, на выходе таймера 6 ФормИРУ- ется сигнал, который поступает на вход 32 Запрет сумматора 2, закрывая доступ суммарного сигнала к преобразователю 3 код"аналог, и на вход 21 Сброс счетчиков 17, обнуляя их. При этом нагрузка 7 отключена от системы, а каналы 1.1, 1,2, , 1.а - от остальной части система, Это состояние сохраняется до тех пор, пока не произойдет восстановление регулиремых сигналов Ср, Ср, , Ср,п в каналах 1,1, 1,2 1,й. При этом снимется сигнал с объединенных канальных входов 13, снимется сигнал "Запрет" на входе 32 сумматора 2, откроются вентили 10 и общий суммарный сигнал вновь поступит в нагрузку 7.Суммарное управляющее воздействиеобмоток 24-26 суммирующего элемента4 реализует функциюР = 1 ХЯЮ+ Е уХ у 61 14 Ю =сопя 1причем Ср 25 с С срй 2 ) соответственно общая магнитодвижущая сила (м,д,с.),5 создаваемая обмотками 24- 26;м.д.с. срабатывания гериона 22)м,д. с. срабатывания гер кона 23 у где Р басри сре з 1 м ( 11 и ток в соответствующих обмотках;15 И у, И1 де число витков в обмотках.Например, сиотема работает нормально (в области +Ср), Тогда общий суммарный сигнал подводтися к нагрузке по цепи объединенный канальный вход суммирующиего элемента 4, начало об" мотки 26, обмотка 26, подвижный контакт геркона 22, подвижный контакт геркона 23, неподвижный замыкающий контакт геркона 23 рабочий выход 31 суммирующего элемента 4, Если при нормальной работе сигнал Ср находится в отрицательной области, то ток нагрузки течет по цепиг нагрузка, рабочий выход 31, заьмкающий контакт геркона 2 3, подвижный контакт геркона 23, размыкающий, подвижный контакты геркона 22 обмотка 26, объединенный канальный вход элемента 4.Пусть при нормальной работе сигнал Ср (фиг. 2 д) находится в пределах до пуска и изменяется от точки О до точ-. ки В (фиг. 2 д), При этом измененни сигнал Ср проходит 1-й, а затем2-й уровни квантования. С формирователя 15 фронта на вход 19.2 счетчи ка 17 преобразователя 16,2 поступают два импульса и ю счетчике 17 записывается число два в двоичном коде, На Делителе й(, Н 2 ИЗ преобразователя 16.2 формируется напряжение, пропорционально числу два. Это напряжение создает ток в обмотке 24 суммирующего элемента 4, который течет по цепи: делитель преобразователя 16.2, обмотка 25, обмотка 26, подвижный контакт геркона 22, 50 неподвижный размыкающий контакт геркона 22, подвижный контакт геркона 23, неподвижный замыкающий контакт геркона 23, рабочий выход 31 суммирующего элемента 4, нагрузка 7, Одновре менно по нагрузке 7 течет ток от напряжения задатчиков 8 по цепи: нагрузка 7, рабочий выход 31 суммирующего элемента 4, неподвижный заьыкающий контакт геркона 23, подвижный ц) контакт геркона 23, неподвижныйразьыкающий контактгеркона 22, подвижный контакт геркона 22, обмотка26, выходы 14 каналов 1.1, 1.21.в, минусовый полюс источников пи"тания (не показаны) задатчиков 8,Общий ток в нагрузке равен разноститоков от напряжения делителя 16,2 инапряжений задатчиков 8, Насколькоуменьшается ток от задатчиков 8,настолько он увеличился от делитеЛя16,2, т.е. ток через нагрузку практически остался без изменения (фиг.2 з, участок ОВ) .Аналогично регулирование и адаптация происходят и в случае увеличения сигнала Ср в положительной зоне +Со (фиг. 2 д и з) с той лишь разницей, что преобразователь 161 запитывается от отрицательного потенциала и, следовательно, с его делителя снимается отрицательное по отношению к общей шине напряжение,Пусть система вышла из норовы, на"пример общий регулируемый параметрСР пересек точку А (фиг. 2 д и з) ипревысил предельный уровень +Сои . Вэтом случае на выходе делителя 16,1сформировано напряжение, создающеетакой ток в обмотке 24, что общеесуммарное магнитное поле обмоток 24и 26 вызовет срабатывание геркона 22и отключение нагрузки от общего суммарного сигнала, и одновременно появление сигнала на выходе элемента 5неравнозначности, подаваемого на объединенные входы 13 каналов.и в них -на вентили 10, запирая последние.Если время 1- 1 (фиг. 2 Э) прохождения точек А и А оказывается больше заданного, появляются сигналы навыходе таймера 6 (сигналыСброс фиЗапрет ), отключающие системуот каналов регулируемых параметров1,1, 1,2, , 1,в нагрузки 7. То жесамое происходит и при превышении -Сол(точка Д на фиг, 2 ж и з) с той лишьразницей, что напряжение снимается сделителя 16.2 в обмотку 25 суммирующего элемента 4,Предлагаемое изобретение по сравнению с известным позволяет повысить надежность адаптивного управления в многоканальных системах, причем эффект растет с ростом числа каналов.Надежность повышается за счет взаимной компенсации изменений сигналов в разных каналах и за счет противофазного суммирования общего сигнала регулирования и сигнала, пропорционального изменению общего сигнала регулирования.1104467 Составитель И. Букинилло Техред А. Бабинец Корректор А.Дзятко дак 5209 ВНИИ писно к 130 илиал ППП Патент ф, г. Ужгород, ул. Проектна 3 Тираж 8Государственногелам изобретенийМосква, Ж,комитета СССР открытийушская наб