Цифровой автоматический оптимизатор

О П И С А Н И Е 2)2356

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Соеетскик

Социалистическик

Республик

Зависимое от авт, свидетельства №

Заявлено 17.XI.1966 (№ 1112976/26-24) Кл. 21с, 46!50

42m, 14 с присоединением заявки ¹

Комитет по делам изобретений и открытий ори Совете Мииистров

СССР

Приоритет

Опубликовано 29Л1.1968. Бюллетень № 9

Дата опубликования описания 24Х.1968

МПК G 05I

G 061

УДК 681.326.3(088.8) Авторы изобретения

В. Г. Ковалев, Э. С. Лотош и T. И. Соломатина

Тульский филиал Опытно-конструкторског0 бюро автоматики

Заявитель

ЦИФРОВОЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ОПТИМИЗАТОР

Известны цифровые автоматические оптимизаторы, содержащие коммутатор с выходным реле, запоминающее устройство, операционный и исполнительный блоки. Быстродействие их сравнительно невысоко.

Предложенный оптимизатор обладает расширенным динамическим, диапазоном работы и повышенной помехоу.стойчивостью. Он отли— чается тем, что в нем установлен кольцевой счетчик с автономным источником питания, к которому подсоединены два ключа с последовательно включенной ячейкой «И», логическая ячейка «ИЛИ», подключенная своими входами к выходам ячеек «И», и четыре линии задержки, подсоединенные к выходу ячейки «ИЛИ». Второй вход каждой ячеики

«И» подсоединен соответственно к выходам второго и последнего триггеров кольцевогo счетчика, выход схемы «ИЛИ» подключен к шине сброса счетчика. Вход первого триггера подключен к выходу выходного реле, а выходы линий задержек соединены с запоминающим устройством, операционным и исполнительным блоками.

На чертеже представлена блок-схема цифрового оптимизатора.

Оптимизатор состоит из коммутирующего устройства l, преобразователя 2 аналог-число импульсов, запоминающего устройства 8, кольцевого счетчика 4, операционного блока

5, исполнительного блока б, регулятора 7, который регулирует процесс в объекте 8, и датчика 9.

Данный оптимизатор является системой

5 шагового типа с методом, поиска экстремума по градиенту и с совмещенным пробным и рабочим шагами. Областью оптимальных значений оптимизатора является область, в которой функции f(x) (х — регулируемый пара1р метр; (х) — показатель данного процесса, который оптимизируется) принимает экстремальное значение или находится вблизи него.

Для отыскания направления движения к оптимуму в оптимизаторе заложен принцип из15 менения знака приращения функции при лереходе ею экстремума, Работает оптимизатор следующим образом.

Коммутатор 10 с заданной частотой подключает текущее значение измеряемой функ20 ции f; (х) на:вход ключа 11, который при подаче команды с коммутатора 10 пропускает текущее значение f; (х) на вход преобразователя 2 аналог-число импульсов, Он состоит из преобразователя аналог-напряжение 12, пре25 образователя 18 напряжение-длительность импульса, ячейки «ИЛИ» 14, триггера 15, генератора импульсов 1б и ячейки «И» 17. Для более четкой работы на выходе коммутатора

10 ставится реле 18, которое будет вклю30 чаться на время, которое разрешено коммутатором на соответствующий замер f; (х).

При срабатывании этого реле подается команда в виде положительного импульса напря кения на преобразование напряжения с преобразователя 12 в длительность импульса, пропорциональную этому напряжению, и на вûõîде преобразователя 18 появляется отрицательный скачок напряжения (Π—:,U>) . Положительный скачок напряжения (— L/> —.0) появляется через время Т, которое должно быть пропорционально измеряемому напряжению.

Следовательно, на выходе преобразователя образовался отрицательный импульс, длительность которого пропорциональна измеряемому напряжению. Генератор импульсов 16 вырабатывает импульсы, которые пропускаются ячейкой «И» 17. Работой ее управляет триггер 15, который находится в единичном состоянии в течение времени Т. Начальное состояние этого триггера — нулевое. При срабатывании реле И положительный импульс напряжения через схему «ИЛИ» 14 перебрасывает триггер 15 в единичное состояние, в котором он находится до тех пор, пока положительный перепад напряжения преобразователя 18, пройдя через схему «ИЛИ» 14, через время Т не перебросит его вновь в нулевое состояние.

Следовательно, ячейка «И» 17, подключенная к правому плечу григгера 15, находится в рабочем состоянии только время T и пропустит с генератора импульсов 16 количество импульсов «и», пропорциональных Т, а значит, и измеряемому напряжению. Эти импульсы в каждом замере проходят на вход запоминающего устройства 8 и суммируются в течение цикла работы оптимизатора с теми, что были записаны там ранее. Значит, .после каждого замера в запоминающем устройстве хранится количество импульсов ) пi, где ni— количество импульсов в каждом i-o» замере. В результате,в конце цикла в запоминающем устройстве образуется величина, пропорциональная среднему значению функции в течение цикла. Эта величина будет тем ближе к ее истинному значению, чем больше замеров будет сделано в течение цикла, так как при большем количестве замеров более полно снижается влияние помехи на результат измерения вследствие ее усреднения, если помеха является случайной стационарной функцией от времени.

Запоминающее устройство 8 выполнено по схеме двоичного счетчика. Импульсы с ячейки «И» 17 поступают на первый его триггер

19. Количество разрядов запоминающего устройства выбирают из условия непереполнения счетчика. Цикл работы оптимизатора задается с помощью кольцевого счетчика 4. Кольцевой счетчик, содержащий триггеры 20, 21 и 2— основной логический элемент схемы, так как он управляет почти всеми логическими опер»циями оптимизатора. Счетчик собран по схеме двоичного счетчика и дополнен схемами

«И» 28 и 24 (промежуточные ячейки на чертеже не показаны), схемой «ИЛИ» 25 и кл,очами 26 и 27 (управление ключами осуществ212356

4 ляется с передней панели, прибора) по числу схем «И». Его настраивают на определенное время цикла (которое можно менять), т. p.. на определенное число замеров. Пусть, напри5 мер, кольцевой счетчик настраивают на количество импульсов N=2" (1=1... и). Каждый раз при срабатывании реле 18 положительный импульс напряжения поступает на первый триггер 20 кольцевого счетчика. Когда реле 18

10 срабатывает 2" -ый раз, на правом плече (1(-1)-ого триггера 21 счетчика в первый раз за цикл возникает положительный импульс напряжения. Этот импульс пропускается (1(-1)-ой ячейкой «И» 28, на которую B начале

15 рабогы было подано питающее напряжение через трип ер 20 от источника питания счетчика на ноль. С ячейки «ИЛИ» 25 импульс идет на управление логическими операциями оптимизатора, поступая на блок линий за20 держки 29, Этот блок состоит из четырех линий задержки. С каждой из них импульс, задержанный относительно предыдущего импульса на время, необходимое для последнего замера цикла и записи измеренного знз25 чения функции в запоминающееустройство 8, поступает на ячейки «И» 80 — 88. Последние подключены к левым плечам триггеров 19, 84, 85 и 86 запоминающего устройства, и с тех ячеек, которые подключены к триггерам, на30 ходящимся в нулевом состоянии (левое,плечо единичное), импульсы подаются на входы соответствующих ячеек «ИЛИ» 87 — 40 и далее на входы триггеров 41 — 44 операционного блока 5. Таким образом, с запоминаю35 щего устройства снимается записанное там среднее значение f,ð (х) ff,р (х)) пропорционально в = (),(х)1 в обратном коде и поступает на операционный блок, где суммиру40 ется с записанным там ранее числом r. e. м это равнозначно операции вычитания

f (х) — f +1, (х), так как f +1, (х) поступает в обратном коде, f,,ð(õ) записано в прямом. Затем с блока 29 поступает второй

45 импульс на считывание результата вычитания из операционного блока. Операционный блок состоит из триггеров 41 — 44, линий задержки 45 и 46 и блока реверса, состоящего из ключей 47 — 49, управляемых реле 50, ли50 ний задержки 51 и 52 и схемы «ИЛИ» 58.

Триггер 44 является триггером знака. На него поступают импульсы знака триггера Й запоминающего устройства. Триггер 86 всегда находится в нулевом состоянии, но с ле55 вого плеча снимается импульс, поступающий на триггер 44, когда число из запоминающего устройства поступает на операционный блок в обратном коде, При этом им пульс переполнения,перебрасывает триггер 44 в ноль, но переноса в младший разряд при суммировании на данном участке не происходит. Это искажает результат вычисления на единицу, но такая ошибка на работе оптимизатора не сказывается в силу принципа его действия.

65 Устройство же оптимизатора упрощается, так

212356

5 как не требуется специального сброса операционного блока. Третий импульс с блока 29 поступает на ячейки «И» 54 — 57, подклю.енные к правым плечам триггеров 19 и 84 запоминающего устройства, и число переписывается оттуда в прямом коде в операционный блок. Четвертый импульс с блока задержки

29 сбрасывает запоминающее устройство в нулевое состояние, и оптимизатор готов к работе в следующем цикле, Из сказанного ясно, что частота работы коммутатора должна выбираться из условия, чтобы все логические операции успели выполниться за время от момента прихода последнего импульса пр»дыдущего цикла до прихода первого импульса следующего цикла. Во втором и последующих циклах оптимизатор в основном повторяет работу в первом цикле. Разница лишь в том, что в первом цикле в операционном блоке производится операция Π— / (х), а в последующих (f; (х) — fr > (хЯ и со второго цикла подобного шага не делается, о чем будет сказано ни ке.

Величина приращения из операционного блока считывается с помощью генератора импульсов 58, триггера 59 и ячейки «И» 60 методом переполнения.

Г енератор импульсов 58 вырабатывает импульсы, которые пропускаются ячейкой И»

60 на вход первого триггера 41 операционного блока, и эти же импульсы поступают на вход исполнительного блока 6, а через ячейки 61 и 62 — на вход. реверсивного счетчика исполнительного блока. Реверсивный счетчик состоит из триггеров 68 — 65, ячеек «ИЛИ»

66 — 68, ячеек «И» 69 и 70, подсоединенных к левым плечам триггеров и осуществляющих сквозной перенос при вычитании импульсов, а также ячеек «И» 71 и 72, подсоединенных к правым плечам триггеров и осуществляющих сквозной перенос при вычитании импульсов.

Через ячейку «И» 60 импульсы проходят до заполнения операционного блока, При поступлении следующего импульса операционный блок переполняется и с последнего его триггера 48 снимается положительный импульс, перебрасывающий триггер 59 из единичного состояния в нулевое. Этот триггер управляет ячейкой «И» 60, следовательно, она закрывается и не пропускает больше импульсов с генератора импульсов. Таким образом, через ячейку «И» 60, а значит, и на вход исполнительного блока прошло количество импульсов, которое соответствует дополнительному входу числа, записанного в операционном блоке. Для более простой и надежной работы исполнительного блока в момент считывания в операционном блоке должно быть записано число в обратном коде, чтобы на исполнительный блок оно поступало в прямом коде.

Если к моменту считывания число, записанное в операционном блоке, положительно, т. е. записано в прямом коде, то при про5

6 ходе импульса считывания с блока линий задержки 29 на выходе ячейки «И» 78 появляется импульс, который поступает на блок

59, и ключи 47 — 49 размыкаются на некоторый промежуток времсни. С линии задержки 51 импульс поступает на все триггеры операционного блока, кроме триггера знака, и перебрасывает их. Ключи 47 49 вновь замыкаются. В операционном блоке образуется число в обратном коде. С линии задержки 51 импульс проходит через линию задержки 52, поступает на ячейку «ИЛИ» 58, а с нее на триггер 59, который перебрасывается в единичное состояние, и начинается считывание.

Если число в операционном блоке к моменту начала считывания было отрицательчым, то при приходе импульса считывания на выходе ячейки «И» 74 возникает импульс, который непосредственно через ячейку «ИЛИ»

58 поступает на вход триггера 59 и происходит сч иты в ание.

Триггер 59 имеет два раздельных входа, На первьш вход поступают импульсы с ячейки «ИЛИ» 58, перебрасывающие его в единичное состояние, а на второй — импульс переполнения с триггера 48, возвращающий его в нулевое состояние. Это сделано для того, чтобы при переполнении операционного блока при вычитании, когда f,(x))f<+<(x) не произошло ложного срабатывания триггера 59.

Исполнительный блок представляет собой реверсивный счетчик, в который входят: триггеры 68 — 65, ячейки «ИЛИ» 66 — 68, ячейки

«И» 69 и 70, подсоединенные к левым плечам триггеров 68 — 65 и осуществляюшие сквозной перенос при вычитании импульсов; ячейки «И» 71 и 72, подсоединенные к правым плечам триггеров и осуществляющие сквозной перенос при сложении импульсов; триггер реверса 68; ячейки «И» 61 и 62, подсоединенные к его плечам ; преобразователь

75 код-аналог; ключ 76. В нем все время хранится текущее значение регулируемого параметра для нормальной работы регулятора.

Перед началом работы оптимизатора реверсивный счетчик настраивают на сложение импульсов, поступающих с ячейки «И» 60, т. е. триггер реверса 68 находится в нулевом состоянии. В первом цикле работы оптимизатора в операционном блоке перед считыванием будет записано начальное значсние функции в обратном коде. Следовательно, на рсверсивный счетчик через ячейки «И» 69 и

70 будет посту пать значение регулирусмог параметра. Затем делается пробньш шаг, и на реверсивный счетчик после второго цикла будут поступать приращения регулируемого параметра. Если приращение отрицательное, направление движения к экстремуму не ме няется. Если же приращение положительное, то е ячейки «И» 78 снимается импульс, который перебрасывает триггер 68 в единичное состояние, и импульсы с ячейки 60 поступают на вычитание с числом реверсивного следую212356

Составитель И. И. Шувалова

Редактор Б. Федотов Текред А. А. Камышникова Корректоры: С. Ф. Гоптаренко и Н. В. Босняцкая

Л аказ 1035/6 Тираж 530 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва, Центр, пр. Серова, д. 4

Типография, пр. Сапунова, 2 щего положительного числа. Вновь перебрасывается триггер реверса, т. е. происходит реверс направления движения — регулируемый .параметр увеличивается и т. д. При нахождении процесса в области экстремума 5 все время будет совершаться реверс направления движения, процесс будет колебаться около экстремума.

Ключ 7б в первом цикле работы разомкнут. Замыкается он с приходом 12-ro им- 10 пульса считывания и в таком положении остается на время всей работы оптимизатора, потому что в целях более гибкой работы оптимизатора пробный шаг задается вручную в начале работы оптимизатора (на передней 15 панели прибора).

В реверсивном счетчике с помощью клю, чей, выведенных на,переднюю панель прибора, устанавливают значение пробного шага, Но чтобы пробный шаг совершился по окон- 20 чании первого цикла, исполнительный блок подключается к регулятору по команде с кольцевого счетчика после завершения первого цикла.

На выходе реверсивного счетчика установ- 25 лен преобразователь 75 код-аналог, дающий

Г на выходе напряжение, пропорциональное регулируемому параметру.

Предмет изобретения

Цифровой автоматический оптимизатор, содержащий коммутатор с выходным реле, запоминающее устройство, операционный и исполнительный блоки, отличающийся тем, что, с целью расширения динамического диапазона его работы и повышения помехоустойчивости, в нем установлен кольцевой счетчик с автономным источником питания, к которому подсоединены два ключа с последовательно включенной ячейкой «И», логическая ячейка «ИЛИ», подключенная своими входами к выходам ячеек «И», и четыре линии задержки, подсоединенные к выходу ячейки

«ИЛИ», и второй вход каждой ячейки «И» подсоединен соответственно к выходам второго и последнего триггеров кольцевого счетчика, а выход схемы «ИЛИ» подключен к шине сброса счетчика, причем вход первого триггера подключен к выходу выходного реле, а выходы линий задержек соединены с запоминающим устройством, операционным и исполнительным блоками.