Цифровая система управления

,Калмыковаи П.П.Крав8) анрогс им, В .Каляе 50 (08 инейна енк оптимизац я системПод ред.строение,управлени М.: Машин автоматическо В.М.Пономарев 1970, с. 253. С Щ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССРпо делАм изОБРетений и ОтнРытий(5 ч) 11 ИФРОВАЯ СИСТЕМА УПРАВЛЕПИЯ(57) Изобретение относится к цифровымсистемам автоматического управленияи может быть использовано для оптимального по бьстродействито управления непрерывными колебательными объектами. Цель изобретения - повышениеточности и быстродействия. Цифроваясистема управления содержит объект 1управления, аналого-цифровой преобразователь 2, первый блок 3 вычита;тервт,ттт блок б сложения, первый блок7 масштабирования, первый регистр 8,первый блок 9 вьделения знака и маспттабирования, квадратор 10, первыйблок 11 умножет;ия, второй блок 12сложения, первый блок 13 выделениязнака, блок 14 управления, элемент15 задержки, второй блок 16 масштабирования, третий блок 17 сложения,второй регистр 18, второй блок 19 Изобретение относится к цифровымсистемам автоматического управленияи может быть использовано для оптимального по быстродействию управления непрерьцзцыми колебательнымиобъектами типа двух интегрирутощихзвеньев (например, колесными самоходньпти машинами, электроприводами,технологическими процессами). 10Цель изобретения - поньштение точности и быстродействия,На фиг,1 представлена Функциональная схема цифровой системы управления на Фиг 2 - функциональная схе -ма блоков вычитания, на Фиг.З - Функциональная схема блока приращения, наФиг.4 - Функциональная схема первогоблока масштабирования, на Фиг,5функциональная схема регистров на 20Фиг.б - функциональная схема блоковвыделения знака, на Фиг.7 - функциональная схема второго блока масштабирования, на фиг.8 - Функттиональная схема квадратора, на фиг.9 - Функциональная схема блоков умножения,на Фиг.10 - функциональная схемаб.токов вьделения знака и масштабирования, на Фиг.11 - функциональнаясхема блока управления, ца фиг. 12 - 30н 2 еменная диаграмма синхронизирующихимпульсов и управляющих сигналов.Цифровая система управления содержит (Фиг.1) объект 1 управления,аталого в цифров преобразователь 2,первый блок 3 вычитания, задатчикб:ток 5 приращения, первый блок 6 сложения, первый блок 7 масштабирования,тт рвый регистр 8, первый блок 9 вы;то.теттия знака и масштабироваттия,вычитания, четвертый блок 20 сложения, третий блок 21 вычитания,пятый блок 22 сложения, второй блок23 вьделения знака, второй блок 24умножения, шестой блок 25 сложения,четвертый блок 26 вычитания, седьмой блок 27 сложения, второй блок 28вьделенных знака и масштабирования.Цель изобретения достигается за счетвведения элемента 15, регистра 18 иблоков 15-17, 19-28. 12 ил. кнадратор 10,первый блок 11 умножения,второй блок 12 сложения, первый блок13 выделения знака, блок 14 управления, элемент 15 задержки, второйблок 16 масштабирования, третий блок17 сложения, второй регистр 18, второй блок 19 вычитания, четвертыйблок 20 сложения, третий блок 21 вычитания, пятый блок 22 сложения, второй блок 23 выделения знака, второйблок 24 умножения, шестой блок 25сложения, четвертый блок 26 вычитания, седьмой блок 27 сложения, второйблок 28 выделения знака и масштабирования.Блоки вычитания содержат (Фиг,2) элемент 29 умножения на (-1) и сумматор 30 последовательных дополнительных кодов, Блок приращения содержит (фиг,З) элемент 31 умножения на (-1), регистр 32 сдвига и сумматор 33 последовательных кодов. Первый блок масштабирования (фиг.4) содержит регистр 34 сдвига и элемент ИЛИ 35.Регистры 8 и 19 содержат (фиг,5) регистр 36 сдвига и элемент ИЛИ 37. Блоки выделения знака содержат (фиг.6) Р-триггер 38, второй блок масштабирования содержит (фиг,7) сумматор 39 последовательных кодов и элемент 40 задержки на один такт. Квадратор содержит (Фиг.8) регистры 41 и 42 сдвига, элемент ИЛИ 43 и элемент 44 умножения.Блоки 11 и 24 умножения содержат (фиг.9) инвертор 45, элементы И 46 и 47, элемент 48 умножения ца (-1) и сумматор 49,9531 40 45 50 з143Блоки выделения знака и масштабирования содержат (фиг. 10) 0-триггер 50, первый элемент И 51, инвертор 52, второй элемент И 53, элемент ИЛИ 54 и элемент 55 умножения на (-1).Блок управления содержит (фиг,1) генератор 56 синхроимпульсов, счетчик 57, регистр 58,сдвига, первый элемент ИЛИ 59, первый 60, второй 61, третий 62 и четвертый 63 триггеры, второй элемент ИЛИ 64 и пятыи триггер 65,Система работает следующим образом.Непрерывный сигнал Х(Г) с выхода объекта управления, характеризующий состояние объекта, поступает на аналого-цифровой преобразователь 2, В момент времени начинается преобразование аналоговой величины Х(;) в цифровой код, который поступает на вход уменьшаемого блока 3 вычитания. В то же время на вход вычитаемого этого блока из задатчика 4 поступает код координаты у определяющий требуемое состояние объекта в момент времени 1:.,. В блоке 3 в соответствии с алгоритмом формируется значение+ +щение (Х; - Х ,), которое с выхода блока 5 поступает на первыи вход блока 6 сложения. На второй вход блока 6 сложения с выхода блока 7 масштабирования поступает произведение П, Й управления П; на коэффициент масштаба й, а на выходе блока 6 имеет приращение ЧБ,. Приращение Ч Б; запоминается в регистре 18, а также проходит на вход блока 16 масштабирования, в котором формируется произведение 3 ЧБ;. Кроме того, значение сУБ, проходит на вход уменьшаемого блока 21 вычитания и на первый вход блока 22 сложения. В то же время на вход вычитаемого блока 21 и на второйвход блока 22 из блока 14 управления поступает цифровой код постоянной величины с/2; С выхода блока 21 значение ЧБ,-с/2 поступает в блок 13 выделения знака, на выходе которого устанавливается сигнал з 1 рп(ЧБ; - с/2), а с выхода блока 22 значение (ЧБ; + с/2) поступает в блок 23 выделения знака, на выходе которого устанавливается сигнал з 1 дп(ЧБ; + с/2), С выхода блока16 масштабирования значение ЗЧБ, поступает на первый вход блока 17 сло-жения, на второй вход блока 17 поступает значение 2 Х;, полученное с помощью элемента 15 задержки, причем%значение Х приходит на вход элемен та 15 с выхода блока 3 вычитания,Значение (2 Х, + ЗЧБ,) с выхода+блока 17 поступает в регистр 8, гдезапоминается. С выхода блока 6 прира.щение ЧБ, поступает также в квадра тор 10, где определяется значениеЧБ./с. С выхода квадратора сигнал по.ступает на вход уменьшаемого блока19 вычитания и ца первый вход блока20 сложения. На вход вычитаемого 20 блока 19 и второй вход блока 29 свыхода регистра 18 поступает значение ЧБ,. Сигнал с выхода блока 19,равный (ЧБ./с - ЧБ,), поступает напервый вход блока 11 умножения, а 25 сигнал с выхода блока 20, равныйЧБ,/с + ЧБ поступает ца первыйвход блока 24 умножения. На второцвход блока 11 поступает значениез 8 п(ЧБ; - с/2) с выхода блока 13, 30 а сигнал с его выхода, равный(ЧБ 2/с - ЧБ;) воп(ЧБ; - с/2), по- Фступает на первый вход блока 12 сложения, На второй вход блока 12 свыхода регистра 8 поступает значение (2 Х, + ЗЧБ;). Результат с вы+хода блока 12 проходит на входуменьшаемого блока 26 вычитания,.на вход вычитаемого которого поступает постоянный коэффициент 1,5 с из блока управления. На выходе блока26 имеем значение первой переключательной функции Г 1 которое проходитна вход блока 9 выделения знака имасштабирования. На выходе блока 9 формируется значение (-0,5 Ь 8 пР 1;), которое проходит на первый вход блока 27 сложения. На второй вход бло-, ка 24 умножения поступает значение зцп(ЧБ, + с/2) с выхода блока 23, а на выходе блока 24 образуется сигнал (ЧБ/с + 7 Б) зп(ЧБ;+ с/2), который проходит на первый вход блока 25 сложения. На второй вход блока 25 поступает, 55 сигнал (2 Х + ЗЧБ; ) с регистра 8, ана третий вход - постоянная величина 1,5 с из блока управления. На выхо.де блока 26 образуется значение вто39531 К 1212с и Б 2 Н 2- 2 ЧБс1 Ф 5 14рой переключательной функции Р 2которое проходит на вход блока 28выделения знака и масштабирования,с выхода которого сигнал, равный(-0,5 Гв.яп(Г 21., проходит на второйвход блока 27 сложения.На. выходе блока27 имеемзначение управляющеговоздействия П; которое поступает на входобъекта 1 управления, а также навход блока 7 масштабирования.Рассмотрим особеннос.ти работыблоков предлагаемой системы управления на (.+1)-м шаге. Временная диаграмма синхронизации блоков приведена на фиг.12, где 1 - время, определяющее задержку в выдаче управляющего воздействия П;, относительно1;(1(ЧС), Предполагается работа споследовательными дополнительнымидвоичными кодами, В блоках синхросерия с применяется для синхронизации регистров сдвига, Разрядность регистров, если об этом отсутствуютспециальные сведения, составляет 1,разрядов.В блоках вычитания (фиг.2) уменьшаемое проходит на первый сумматор30, на второй вход которого черезэлемент 29 умножения на (-1) прохо-дит вычитаемое. На выходе сумматора30 имеем разность двух величин.В блоке 5 приращения (фиг.3) поФступающая на вход величина Х, черезэлемент 31 умножения на (-1) посигналу У с первого управляющего1входа проходит в регистр 32.и запоминается в нем. Длительность сигнала У, соответствует разрядности 1,тфрегистра 3, Оцновременно сигнал Х,проходит на первый вход сумматора 33,а на второй вход этого сумматора с+регистра 32 поступает значение Х;,На выходе сумматора 33 имеем прира щение Х; - Х;,+В блоке 7 масштабирования (фиг,4)переменная 11 по сигналу У, поступает из регистра 34 сдвига на выход.Заносится эта переменная с входа врегистр 34 по сигналу У. Принципумножения при занесении на постояннуювеличину Й состоит в следующем. Предполагается, что д = 2 , Б = 0,1,2,.Длительность сигнала У 9 формируется в устройстве управления на Б тактов больше, чем длительность У(дг.ительность У 1 1.-тактов). Благодаря этому при занесении в регистр П,сдвигается в сторону младших разрядов и к концу сдвига в этом регистреформируется величина 11, Л.В регистры сдвига 8 и 18 (фиг,5)двоичный код заносится по сигналу У1а выдается по сигналу У. Длительности сигналов У и У одинаковы.На вход блоков выделения знака.(фиг,б) поступает переменная ЧБ,-с/210 в блок 11, 17 Б; + с/2 в блок 12 и проходит на Р-вход В-триггера 38. В момент поступления знакового разрядапо управляющему сигналу У значениезнака заносится в Э-триггер и проходит на выход блока, Если входная переменная больше нуля, то логическоезначение выхода "1", если меньшенуля, то "0".В блоке 16 масштабирования (фиг.7)20 значение 1 Б, проходит с входа наэлемент 40 задержки на один такт, навыходе которого имеем 211 Б;, Значения7 Б, и 211 Б; суммируются на сумматоре39, в результате чего на выходе бло 25 ка имеем ЗЧБ;,На вход квадратора (фиг,8) поступает последовательный код ЧБ, и поуправляющему сигналу У 2 проходит напервые входы регистров 41 и 4230 сдвига,Рассмотрим принцип умножения напостоянную величину 1/с, Пустьс = 2 , КбИ, К)2, К - четное число.-кТогда можно записать причем К/2 - всегда целое число. Произведение ЧБ,/с рассматрива 40 ем в виде 45 где каждый сомножитель представляетК 12ся в виде 2.Б Для умножения7 Б; на 2 достаточно занести последовательный код ЧБ; в регистры множимого и множителя со сдвигом влево 5 О на К/2 тактов. Для этого окончаниесигнала У формируется в блоке уп 2равления на К/2 тактов раньше относительно окончания сигнала У,. Началосигналов У, и У одновременное.С выхода регистра 42 параллельныйкод множителя поступает в элемент 44умножения. По управляющему сигналуУ 4 на выход регистра 4 1 поступаетмножимое и проходит на вход последо 7 143 нательного кода элемента 44, С выхода элемента 44 на выход блока проходит произведение ЧУ /с, Длительность1умножения соответствует длительности прохождения кода с удвоенной разрядной сеткой (длительности д 4 ) . При рассмотрении данного блока следует сделать следующее замечание, Конечным результатом обработки веЛичин Г 1; и Г 2 в которые как слагаемое входит произведение, является выделение знака. В связи с этим формирование Г 1, Г 2 и произведения осуществляются одновременно и хранение произведения отсутствует, По этой причине отсутствует и округление произвецения. Другие возможные округления в системе также отсутствуют.На вторые входы блоков 11 и 24 умножения (фиг.9) поступает уровень "+1", если (78, +с/2)0 (для блока 11) или (ЧБ, - с 2) Ъ О (для блока 24), и "0" если указанные значения меньше нуля. При уровне "+1" открыт элемент И 46 и с первого входа после довательный код проходит через элемент 4 б и элемент ИЛИ 49 на выход блока. Если на втором входе блока уровень "0", то через инвертор 45 открывается элемент И 47 и с первого входа блока последовательный:код проходит через элемент И 47, элемент 48 умножения ца (-1) и сумматор 49 на выход блока. В блоках выделения знака и масштабирования (фиг.10) с входа поступает последовательный код на Б-вход триггера 50. В момент поступления знакового разряда по управляющему сигналу У значение знака заносится н Р-триг 6гер 50. Если на входе код положительный то на выходе Р-триггера имеем уровень "+1" и открывается элемент И 51, Управляющий сигнал Ут по времени выбран таким образом, что он соответствует моменту формирования "+1" в рязряде с весом 2 , где дьМ и й = -1 оя(0,5 о). Сигнал д 7 проходит через элемент 51, элемент 55 умножения. на (-1) и далее на второй вход элемент ИЛИ 54 и на выход блока, на котором имеем (-0,5 о), Если на входе блока имеем отрицательный код, то на выходе 0-триггера имеем "0", который проходит через инвертор 52 и открывает элемент И 53. В этом случае сигнал дд проходит через эле 9531 8менты 53 и 54 ца выход блока, где имеем (+0,5 8 ) .Постоянцая величина (0,5 с) заносится с первого информационного выхода блока управления по сигналу У, ца его первом управляющем выходе, а величина (1,5 с) с второго информационного выхода - по сигналу У на его пятом управляющем выходе.Предложенная система управленияотличается от известной тем, что в ней обеспечивается сокращение длительности переходного процесса и повышение точности управления в устано.вившемся процессе, В условиях отсутствия постоянно дейстнующих возмущеций длительность переходцого и цогрепдцость установившегося процессовмиццьцзиронаны, При этом длительностьпереходного процесса и устаонцвшееся 40 ,Формула из обретения Цифровая система управления, со-держащая первый блок масштабирования, 45 подключенный входом к входу объектауправления, выход которого через аналого-цифровой преобразователь соединен с входом уменьшаемого первого блока вычитания, подключенного вхо док Вычитаемогок Выходу задатчикаа выходом через блок приращения к первому входу первого блока сложения, второй вход которого соединен с выходом первого блока масштабирования, а выход - с информапионным входом квадратора, первый блок ньщеления знака, подключенный выходом через первый блок умножения к первому входу второго блока сложения, второй вход рассогласование уменьшаются примернона 50 Е. Влагодаря этому и н условияхпостоянно действующих возмущений 25 улучшаются характеристики переходногои устацовцншегсся процессов.Применение предлагаемой цифровойсистемы управления и возможностью использования большого по велпчице дисЗ 0 кретцого врекеццого шага перспективно для управления ицерционными объектаки, в которых возможность работы скалым шагам существенно ограниченаили недопустима (цапример, в системах1с исполнительными устройствами,имеющими существенно ограниченныепредельную частоту и количестно переключений - фрикционные механизмы,коробки передач и т,п.).9 14395которого соединен .с выходом первогорегистра, блок управления, соединен"ный выходом синхронизации с входамисинхронизации блока приращения квадУратора, первого регистра, первым управляющим выходом - с входом разрешения считывания элемента задержки ивходом разрешения записи первого регистра, вторым управляющим выходом -с входом разрешения работы квадратора, третьим управляющим выходом - свходом разрешения считывания квадратора, четвертым управляющим выходом -с входом разрешения считывания первого регистра, пятым и шестым управляющими выходами - соответственно с входами разрешения записи и разрешениясчитывания первого блока выделениязнака и масштабирования, седьмым упра.вляющим выходом - с входами сбросапервого блока умножения, первого блока вычитания, блок приращения, вось мым управляющим выходом - с входомзаписи знака первого блока выделения 2 Бзнака, о т л и ч а ю щ а я с я тем,что, с целью повышения точности ибыстродействия, в нее введены элементзадержки, второй блок масштабирования, второй регистр, второй блок выделения знака, второй блок умножения,второй блок выделения знака и масштабн.рования, третий, четвертью, пятый,шестой и седьмой блоки сложения,второй, третий и четвертый блоки вычитания, выход первого блока сложениячерез второй блок масштабированияподключен к первому входу третьегобг:ока сложения, к второму входу котсрого через элемент задержки подсое- дОдинен выход первого блока вычитания1вь:ход третьего блока сложения подключен к информационному входу перваго регистра, выход квадратора сседннен с входом уменьшаемого второгоблока вычитания и первым входом четвертого блока сложения, выходы которь:х подключены к первым информационньм входам соответственно первого ивторого блоков умножения, выход пер- БОвсго блока сложения соединен с входомуменьшаемого третьего блока вычита 31 10ния, с первым входом пятого блокасложения и через второй регистр свходом вычитаемого второго блока вычитания и вторым входом четвертогоблока сложения, первый информационныйвыход блока управления подключен квходу вычитаемого третьего блокавычитания, выход которого соединенс информационным входом первого блокавыделения знака и с вторым входом пятого блока сложения, подключенноговыходом через второй блок выделениязнака к второму входу второго блокаумножения, выход которого соединенс первым входом шестого блока сложения, подключенного вторым входом квыходу первого регистра, а третьимвходом - к второму информационномувыходу блока управления и входу вычитаемого четвертого блока вычитания,вход уменьшаемого которого соединенс выходом второго блока сложения, авыход через первый блок выделениязнака и масштабирования - с первымвходом седьмого блока сложения, подключенного выходом к входу объектауправления, выход шестого блока сложения через второй блок выделениязнака и масштабирования соединенс вторым входом седьмого блока сложения, синхронизирующий выход блокауправления подключен к входам синхронизации элемента задержки и второгорегистра. первый управляющий выход -к входу разрешения записи второго регистра и входу разрешения считыванияэлемента задержки, четвертый управляющий выход - к входу разрешениясчитывания второго регистра, пятый ишестой управляющие выходы соответственно - к входам разрешения записии считывания второго блока выделениязнака и масштабирования, седьмой управляющий выход - к входам сбросавторого, третьего и четвертого блоковвычитания, первого и второго блоковумножения, восьмой управляющий выход - к входу записи знака второгоблока выделения знака, а девятый управляющий выход - к входу разрешениязаписи элемента задержки,1439531 Корректср И,Иаксииишине едактор В.Данко Тираж 86 аказ 6072/45 одписно ВНИИПИ Государственного комитет по делан изобретений и откры113035, Москва, Ж, Раувккая наб Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул, Лроектна Составите Техред Л.О В.Багкировийнцк