Система экстремального регулирования

Система экстремального регулирования

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН (19) (11) .

3(51)/ G 05.В 13/02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ

H АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

)

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

IlO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

Ъ

/ (21) 3353775/18-24 (22) 02. 11. 81 (46) 23.11.83. Бюл.11 43 (72) А.Г.Бобышев, В.М.Кайтуков, С.В.Архипов и В.Н.Сорокин (71) Наро-Фоминское отделение Всесоюзного научно-исследовательского института геофизических методов разведки (53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

1 458813, кл..Q 05 В 13/02, 1975 °

2. Авторское свидетельство СССР

11 452806, кл. G 05 В 13/02, 1974 (прототип). (54) (57) 1. .CNCTEMA ЭКСТРЕМАЛЬНОГО

РЕГУЛИРОВАНИЯ, содержащая первый и второй инверторы и последовательно соединенные сумматор,- усилитель, ин-. тегратор, объект регулирования, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности регулирования, оно содержит первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом объекта регулирования, а выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом объекта регулирования, первый и второй пороговые элементы, выходы которых соеди нены с вторым и третьим входами первого элемента задержки, выход перво,l o усилителя соединен с первым, входом первого порогового элемента и через .второй инвертор - с первым входом второго порогового элемента, и последовательно соединенные формирователь, фильтр, второй элемент задержки, компаратор, первый ключ, блок памяти, второй сумматор и второй усилитель, выходы которого соединены с вторыми .входами первого и второго пороговых элементов, и второй и третий ключи, первые входы которых соединены с выходом интегратора, выход второго ключа соединен с вторым входом второго сумматора, второй вход второго ключа соединен с выходом g первого ключа, выход третьего ключа соединен с вторь1м входом блока памяти, второй вход третьего ключа соединен с выходом компаратора,второй вход которого соединен с выходом р фильтра, второй, вход которого соединен с выходом объекта регулирования.

2. Система по и.1, о т л и ч- а ющ а я с я тем, что формирователь содержит делитель частоты и последовательно соединенные фазовый детектор, интегратор и управляемый генератор, выход которого соединен СЮ с входом делителя частоты и является Выходом . формирователя, выход делителя част@ты соединен с входом фазового детектора, второй вход которого является входом формирователя.

1 1,0

Изобретение относится к распозна-, ванию образов и может быть использовано в отраслях технической кибернетики, где требуется производить операцию поиска экстремума некоторой

Функции качества регулирования неизвестных параметров объекта„ в част, ности устройства для распознавания образов.

Известен экстремальный регулятор, содержащий дифференциатор, сумматор,. интегратор, реверсирующее устройство, исполнительный элемент, импульсный модулятор и трехпозиционный электромеханический релейный элемент Г1 1.

Недостатком этого устройства яв ляется невысокая точность отыскания величины экстремума статической характеристики объекта регулирования вследствие ухода частотных па-. раметров импульсного модулятора и погрешностей, присущих электромеханическим релейным элементам.

Наиболее близким к изобретению является устройство, содержащее последовательно соединенные сумматор, усилитель, интегратор и объект регулирования, выход которого соединен с блоком вычисления приращения регулируемой величины, выход которого соединен с инвертором приращения управляющего воздействия, соединенного через систему реле и,потенциометров с первыи входом сумматора, выход интегратора соединен с инвертором приращения регулируемой величины, подключенным через систему других реле и потенциометров к второму входу сумматора 2 3, Недостатком его является невысокая точность отыскания экстремума статической характеристики объекта регулирования вследствие постоянного неизменяемого шага при отыскании экстремума, приводящего при регулировании объекта к погрешностям при неполностью известном характере нелинейности вследствие индетерменистского характера внешних воздействий, а также за счет погрешностей, присущих электромеханическим релейным элементам.

Цель изобретения состоит в повыше" нии точности регулирования.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее первый и второй инверторы и последователь"

IHo соединенные сумматор, усилитель, 56132 2 интегратор и . объект регулирования, введены первый элемент задержки, вход которого соединен с выходом объекта регулирования, а выход - с первым входом сумматора, второй вход которого соединен с выходом первого инвертора, вход которого соединен с выходом объекта регулирования, первый и второй пороговые элементы, 10 выходы которых соединены с вторым и третьим входами первого элемента задержки, выход первого усилителя соединен с первым входом первого пороroBoro элемента, и через второй ин15 вертор — с первым входом второго порогового элемента, и последовательно соединенные Формирователь,фильтр, второй элемент задержки„ компаратор, первый ключ, блок памяти, вто2п рой сумматор и второй усилитель, выходы которого соединены с вторыми входами первого и второго пороговых элементов,, и второй и третий ключи, первые входы которых соединены с выходом интегратора, выход второго ключа соединен с вторым входом второго сумматора, второй вход второго ключа соединен с выходом первого ключа, выход третьего ключа саеди" нен с вторым входом блока памяти, второй вход третьего ключа соединен с выходом компаратора, второй вход которого соединен с выходом фильтра, второй вход которого соединен с выходом объекта регулирования.

Формирователь содержит делитель частоты и последовательно соединенные Фазовый детектор, интегратор и управляемый генератор, выход которого соединен с входом делителя частоты и является выходом Формирователя, выход делителя частоты соединен с входом Фазового детектора, второй вход которого является входом форми"

На фиг.1 представлена .блок-схема устройства; на Фиг,2 - конструктив- . ное выполнение блока формирователя; на Фиг.3 - пример рабочей характе5О ристики объекта регулирования.

Система включает объект 1 регулирования, первый элемент задержки

2, первый инвертор 3, сумматор 4, первый усилитель 5, интегратор б, второй инвертор 7у первый пороговый элемент 8, второй пороговый элемент 9, второй усилитель 10, второй сумматор 11, блок 12 памяти, первый ключ 13, второй ключ 14,тре3 тий ключ 15, компаратор 16, второй элемент задержки 17, фильтр 18 и формирователь 19.

При этом формирователь (фиг.2) выполнен в виде фазового детектора . 20, интегратора 21. управляемого re.г ,нератора 22 и делителя 23 частоты.

Устройство работает следующим образом.

В период поиска экстремума объекта 1 регулирования (система распознавания ) на него поступает входной сигнал x(t) характеризующий известный распознаваемый объект.

С выхода объекта 1 регулирования переменная величина напряжения

h U < у = f (x) поступает на управляемый элемент задержки 2 и через время д t, равное вагу отыскания экстремума, на сумматор 4,. одновременно на сумматор 4 поступает через первый инвертор 3 другое напряжение

Ю, характеризующее соседнюю ординату кривой экстремума.

На выходе сумматора 4 формируемая величина ВЮ +(a 0 - Ь U>), имеет положительное значение, в случае если очередной шаг поиска экстрему, ма находится на левой стороне холма вероятности максимума, и отрицатель" ное значение, если шаг находится в правой стороне максимума {фиг.3). Эти положительные иее отрицательные значения поступают через усилитель

5 в интегратор 6, который изменяет состояние объекта 1 регулирования

1до тех пор.пока изменение его выход .ного напряжения не будет наименьеей велииной.

Далее осуществляется более точный . пойск экстремум® за счет срабатывания пороговых элементов 8 и 9 при наименьших значениях с%, при этом напряжение ь0у из сумматора 4 rmступает на первый усилитель 5 и с него через второй инвертор 7 на второй пороговый элемент 9 в случае отрицательного значения 0, а в случае положительного. значения сразу на первый пороговый элемент 8. С выкода пороговых элементов & и 9 этот сигнал поступает на управляемый элемент задержки 2, который изменяет время поступления (4 t) входного сигнала й01 на первый сумматор 4, при этом изменяется шаг поиска экстремума, что позволяет сравнивать

056132 более точно между собой ординаты, т.е. с сумматора 4 будут выдаваться значения й0З более близкие к нулю, а вершина холма носила бы.характер близкий к прямой линии,т.е. устройство работало бы в режиме насыщения, . при этом напряжение на выходе объекта

1 регулирования будет близкое некоторому установившемуся постоянному уровню Ю „ = const, разное для каж" дого отдельного случая;

10

1 градиента так-, чтобы отфильтровать йомехи сигнала.

Частота изменения знака градиента связана с частотой сигнала помехи, т.е. F « F помехи рьiскониф t

<Ае Гпомех„, - частота сигнала поме50 хи;

Г ь,с„,мния- частота изменения знака градиента;

И " коэффициент. кратности между частотой

55 помехи и частотой" изменения знака градиента в районе местного экстремума.

Величина установки пороговых элементов 8 и 9 адаптивно меняется с помощью обратной связи, включающей второй усилитель 10, второй сумматор

l1, блока Т2 памяти, первый 13, второй 14 и третий 15 ключи и с помощью блоков определения реверса, включающих компаратор (напряжения ) 16, вто20 рой элемент задержки 17, фильтр 18 и формирователь 19.

До того как сработают пороговые элементы 8 и 9 вступает в .работу перестраиваемый с помощью формирователя 19 фильтр 18, который выделяет . отфильтрованный сигнал от помехи, предупреждая ложный реверс от экстре" мума высокочастотных составляющих сигнала {помех ).

30 Фильтр 18 перестраивается на соответствующую частоту помехи, которая является функцией частоты изменения знака градиента сигнала на выходе интегратора 6, сигнал с ко торого поступает на Формирователь

19, а с него на фильтр 18.

Формирователь 19 преобразует час" тоту рыскания. в частоту, кратную частоте сигнала, а в данном случае

40 кратную частоте помехи сигнала, вызвавшей этот частотный максимум, в результате фильтр 18 перестраивается .на основе частоты изменения знака

1056132

5

Это. видно из изложенного.

На начальном этапе поиска экстремума имеются постоянные значения:

t14 - длительность шага интегратора, V = 1 - скорость интегрирования и 5 е

t» — время задержки элемента за-" держки 2.

При у = f(x), где у -, выходной сигнал, а f(х) - выходной сигнал на 10

i-ом шаге поиска экстремума, приращение функции f(x) равно 11" = 1 - Г ! где Г„ — значение функции на заА

i-ом шаге поиска экстремума, 1„„"значение функции на (i-l) шаге поиска экстремума, задержанное элемен" том задержки 2 на время задержки, т,е . t — время запаздывания сигнала, Условием реверса является равенство градиента, причем справа от холма максимума 3„ = Г (первйй реверс), а слева от холма максимума 2= f " (второй реверс), При времени запаздывания и =. const градиент функции без помехи имеет вид

1+

= Е; -Е;„, а градиент функции с помехой равняется 30 у1" =(Ю +а .)-К „ т ° ° где 5 f - приращение градиента

1 за счет помехи.

ПРи сала = const 5 f1 = f(tu), где Й вЂ” круговая частота помехи.

Интервал рассматриваемой функции сигнала между реверсами, т.е: между порогами Я1 - Л в случае без "".поК

7 — Хj% мехи равняется дП 1а в случае 4>

45 с помехой равняется +g » +

1 1 11 где П<1с - число шагов между реверса-

1 МИт

Как показано f; = f(tv), из это" го следует, что и =-1(сд ). Период помехи экстремума равняется: т =n, или т =Ч(м), где и " число шагов между реверсами;

t - длительность шага интегратоК ра.

Как видим . Т = 9 (сд), а следовательно частота поиска между реверсами (частота изменения знака градиент та) равняется — 1= т (помехи) т.е. частота поиска между реверсами в районе частотного экстремума есть функция от частоты помехи, Для сглаживания помехи, действующей на сигнал, в качестве фильтра

18 применяется активный динамический емкостный фильтр нижних частот,частоту среза которого можно определить как "срЕ3с -" актоe к (пРичем тхактовая» среза) "де "тактова тактовая частота переключения емкостей в динамическом фильтре; К -коэффициент, характеризующий параметры фильтра. Из этого следует, что т,„ктов „ р

f сЕ,р,„ДлЯ надежной фильтРации

k ! помехи необходимо выполнение условия, что Гпом гхи)) 1с1тв3а ™ея помеф; )) тактоваФ откуда feojicxoeap . < "помех и . Если учесть, что

k помехи-"и ь ско ни9 То тактовая

И Гр е(схоние или Г; .ус @света

k так овая

И где k = — - коэффициент деления.

К формирователь 19 вырабатывает г,„това следующим рвразом, Сйгнал с интегратора 6, т.е. частота поиска экстремума, поступает на вход фазового детектора 20, Одновременно на его второй вход из делителя 23 частоты поступает частота

Ф =-1,1 га кто во —, К„1

В фазовом детекторе 20 происходит сравнение входной частоты с частотой управляемого генератора 22, деленной на коэффициент, kÄ, при этом напряжение рассогласования подается на интегратор 21, который формирует управляющее напряжение для управляемого1 генератора 22, частота которого noc"" тупает в делитель 23 ."частоты.

8 результате. этого происходит деление частоты управляемого генератора 22 на коэффициент к . Установ-. ка частоты узла 22 происходит до тех ,: пор,пока рассогласование т.е; выход на пряжения с интегратора 21 не станен по1056132 стоянной величиной. С выхода узла 22 формирователя 19 частота Е,„ овд, поступает в фильтр 18, вследствие чего последний изменяет свою частотную характеристику таким образом, 5 чтобы отфильтровать от помехи сигнал, постулаемый с выхода объекта управления. После фильтра 18 сглаженный сигнал (характеризующий гладкую функцию рабочей характеристи-1О ки) через второй элемент задержки 17 поступает на неинвертирующий вход компаратора 16, а на инвертирующий вход этот же сигнал поступает сразу. 15

В случае если на инвертирующем входе компаратора 16 всегда напряжение больше напряжения на выходе элемента задержки 17 (т.е. имеет место нарастание напряжения ., то 20 на выходе компаратора 16 отрицатель" ное напряжение, Если напряжение на выходе второго элемента задержки 17 выше, чем текущее значение напряжения сигна- 25 ла (т.е. происходит спад напряжения на входе схемы, что имеет место при реверсе),то на выходе компаратора будет положительный сигнал, при этом при переходе напряжения из от» yg рицательного в положительное на выходе компаратора сигнал (напряжение) будет соответствовать максимально возможному значению.

Таким образом, при истинном ре" версе (точки А< и д фиг.3), т.е. в момент изменения знака сигнала компаратором 16 выдаются разнополярные импульсы. В одном случае (точка А фиг 3).. напряжение с компаратора 40, 16 поступает на диод соответствующей полярности третьего ключа 15,,вследствие чего он срабатывает и пропускает напряжение u „. (йд 1 ) с интегратора 6 в блок 12 памяти.

В другом случае напряжение иомпаратора другой полярности с компаратора 16 поступает на диод первого ключа 13 соответствующей полярности этого напряжения. Вследствие этого напряжение проходит первый ключ 13 и поступает в виде команды в блок 12 памяти, по которой выдается заполненная величина 0;„(й A ) на второй

t сумматор 11, одновременно команда (напряжение) с первого ключа 13 поступает на второй ключ 14, вследствие чего ключ 14 открывается и пРопУскает напряжение О, (1д ) интегратора 6, которое проходит затем инвертор этого блока 14 и поступает на другой вход второго сумматора 11.

Как видно в четноч такте пооисходит .подача двух значений сигнала интегра1 (-4„) 2 (4 ) на второй сумматор 11, с выхода которого его результирующая величина д0 = 0 °

«(йд, ) - 0;2 (йд ) выдается во второй усилитель 10, который выдает сигнал на изменение установки первого 8 и второго 9 пороговых элементов.

При достижении оптимальной величины экстремума значение приращений будет стремиться к минимальному значению, а амплитуда автоколебаний будет иметь минимальную величину, Выполнение системы экстремального регулирования указанным образцом позволяет существенно повысить точность регулирования объекта даже в том случае, когда закон изменяющихся воздействий объекта регулирования неизвестен.

3056132

Фиа Я

105б1 32

Сиенам яокехи

Фие. Л

Составитель А;Глотов

Редактор Р.Цицика Текред8.Далекор и КорРектоР ., А.Дзятко

М

Заказ 9303/39 ира® 87" Подписное

8НИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, N-35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", r. Ущгород, ул. Проектная, 4