Релейное самонастраивающееся устройство

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

25I045

Союз Советских

Социалистических

Республик

Зависимое от авт. свидетельства №

Заявлено 20.11.1967 (№ 1135910/18-24) с присоединением заявки №

Приоритет

Опубликовано 26.Н!!.1969. Бюллетень № 27

Дата опубликования описания 11.II.1970

Кл. 21с 46/50

МПК G 05f

УДК 621.396.662.4-544 (088.8) Комитет по делам изобретений и открытий при Совете Министров

СССР

Автор изобретения

М.М. Ивахненко

Днепропетровский государственный университет

Заявитель

РЕЛЕЙНОЕ САМОНАСТРАИВАЮЩЕЕСЯ УСТРОЙСТВО

Данное предложение относится к области систем автоматического управления.

Известны самонастраивающиеся уст ройства, содержащие координатор со сканирующим приводом и преобразователем излучения, схему сравнения и релейный регулятор основного контура, контур преобразователя информации с управляемым ограничителем порога чувствительности, через схему сравнения подключенным к преобразователю излучения, контур самонастройки, подключенный к выходу координатора с соединенными последовательно блоком формирования импульсов и логическим преобразователем, и контур кругового поиска.

Предложенное устройство отличается от известных тем, что в нем между контуром кругового поиска и управляемым ограничигелем порога чувствительности включен управляемый генератор эиспоненциальных импульсов, подключенный своим вторым входом к выходу координатора. На выходе логического преобразователя контура самонастройки установлен управляемый генератор синусоидального напряжения, подключенный своим вторым входом,к преобразователю излучения.

Между схемой сравнения основного контура и релейным регулятором и релейным регулятором и сканирующим приводом установлены соответственно усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий зажим которого подключен к выходу управляемого генератора синусоидального напряжения, и регулируемый фильтр, подсоединенный своим вторым входом к схеме сравнения управS ляемого ограничителя порога чувствительности и своим вторым выходом ко второму входу управляемого ограничителя порога чувствительности, Выход управляемого генератора экспоненциальных импульсов подключен к

1О схеме сравнения основного контура.

Это обеспечивает согласование режимов поиска местонахождения источника теплового излучения и слежения за,ним с условиями обнаружения источника излучения и состоя15 ния основного контура управления координатором, сокращение времени поиска и повышение точности слежения.

На чертеже изображена блок-схема самонастраивающегося устройства. Оно состоит

20 из основного контура 1, контура 11 преобразования информации, контура lll самонастройки, контура I V кругового поиска и двух схем V и 11 сравнения.

В состав контура преобразователя инфор25 мации входят полупроводниковый фотоприемник или следящий, преобразователь 1 излучения, производящий обзор по всему полю поиска одновременно, управляемый ограничитель 2 порога ч .вснвительности, устанавли30 вающий наилучший режим линеаризации нелинейного элемента основного контура, и уп251045 равляемый генератор 8 экспоненциальных импульсов, с помощью которого изменяется зона нечувствительности и осуществляется управляемая линеаризация нелинейного регулятор а.

Контур кругового поиска .представляет собой программные логические блоки 4, 5, основная задача которого — задать системе закон сканирования в момент поиска цели.

Основной контур системы включает в себя координатор б источника инфракрасного излучения, сканирующий привод 7 и управляющее устройство. В свою очередь, управляющее устройство состоит из усилителя 8 с переменным регулируемым коэффициентом усиления, нелинейного релейного регулятора 9, с помощью которого достигается управляемый автоколебательный режим основного контура, и регулируемого фильтра 10 обратной связи, определяющего верхнюю границу линеаризации нелинейного регулятора.

Контур самонастройки включает в себя все элементы основного контура,,динамические характеристики которых могут, меняться по .неизвестным законам, блок 11 формирования импульсов, логический преобразовагель

12 и управляемый генератор 18 синусоидального напряжения, с помощью которого изменяется коэффициент усиления усилитель ного звена и выбирается оптимальная частотнофазовая характеристика основного контура, Схема V сравнения относится к управляемому ограничителю порота чувствительности, а схема VI сра внения — к основному контуру.

Управляющее воздействие контура самонастройки снимается с выхода управляемого генератора 18 синусоидального напряжения.

Последний формирует это воздействие íà основании априорной и текущей информации о внешних и внутренних условиях работы системы, критерия самонастройки и критерия оптимальности. При отключенном контуре самонастройки основной контур и контур преобразования информации, могут работать, как обычная следящая система поиска, у которой локализация влияния внешней среды будет производиться только частично.

Основной контур проектируется так, чтобы в нем возникали устойчивые автоколебания в отсутствие управляющего воздействия с контура 11. В свою очередь контур II проектируется так, чтобы он мог управлять зоной нечувствительности и поддерживать удовлетворительную частотно-управляемую линеаризацию нелинейного регулятора в зависимости от реакции системы и количества информации, поступающей от источника излучения.

Основной контур представляет собой нелинейную систему регулирования, в,структурную схему которой входят усилительное звено с переменным коэффициентом усиления и нелинейный частотно-управляемый регулятор с фильтром. В таком контуре усилительным звеном является магнитный усилитель, изменение коэффициента усиления которого достигается главным образом за счет изменения частоты управляемого источника питания. Последним является управляемый генератор 18

5 синусоидального напряжения. Управляемый генератор представляет собой устройство, управляемая частота на выходе которого зависит от длительности реакции системы и амплитуды информационного сигнала.

10 Одновременно с изменением коэффициента усиления в основном контуре производится и частотная линеаризация. нелинейного регулятора.,Линеаризация последнего достигается за счет изменения формы импульса управляе15 мого экспоненциального напряжения, снимаемого с выхода управляемого генератора 8 в виде управляющего воздействия. Такой метод линеаризации нелинейного элемента позволяет системе легко переключаться из одного, режи20 ма работы на другой в зависимости от величины оценки влияния неизвестных параметров внешнего воздействия. Таким образом, настройка основного контура на оптимальные характеристики производится как управляющим

25 воздействием, так и возмущающим. Управляющее воздействие формируется контуром II для управления линеаризацией нелинейного регулятора и изменения его коэффициента усиления, с одной стороны, и контуром самона30 стройки для изменения коэффициента усиления усилителя и частотной характерстики системы в целом, с другой стороны.

Контур преобразования информации и основной контур регулирования представляют

35 собой самонастраивающуюся систему автоматического поиска. Такая система характеризуется двумя режимами работы.

Первый режим — автоколебательный. Он устанавливается в период сканирования или

40 в момент активного поиска, когда коэффициент усиления основного контура достигает максимума. B это время обратная связь в .енераторе 3 ослаблена,до минимума. Такая обратная связь поддерживает работу генерато45 ра на низкой частоте и нарушает основные физические условия частотно-управляемой лпнеаризации нелинейного регулятора.

Второй режим — регулярный. Он устанавливается в системе после завершения актив50 ного поиска, когда коэффициент усиления основного контура достигает номи нального значения, В свою очередь обратная связь в генераторе 8 усиливается до некоторого предела за счет акгивизацин чувствительного элемен55 та следящего преобразователя излучения в момент обнаружения цели и поддерживает работу генератора на том уровне, который удовлетворяет условиям частотно-управляемой лннеаризации нелинейного,регулятора.

60 Последний изменяет частотную характеристику основного контура и повышает его чувствительность к управляющему воздействию, поступающему из контура II. У такой системы частичная переработка информации о положе65 нии источника излучения осуществляется уг,251045 равляемым генератором 8, устанавливающим связь между информативным трактом и преобразующим трактом основного контура регулирования. Контур П преобразует частичную информацию об источнике излучения еще до поступления ее в основной контур регулирования. Это приводит к тому, что информация преобразуется в такую форму управляющего сигнала, которая является наиболее удобной для самой системы поиска, и тем "амым упрощает задачу линеаризации и управления основным контуром регулирования.

Контур П построен так, что все входные и выходные, каналы основного контура регулирования связаны через управляемый генератор 8 экспоненциальных импульсов. Это достигается с помощью обратных связей. Так, например, основной информативный канал, идущий от чувствительного фотоприемника 1 и несущий информацию о поведении источника излучения и системы его поиска, непосредственно связан с управляемым генератором 8.

Кроме того, последний связывает информативный канал контура II и переменную часть основного контура регулирования. Это позволяет контуру П изменить динамические и статические характеристики системы. Изменение последних осуществляется непосредственно управляемым генератором экспоненциального напряжения. Последний имеет две обратные связи, одна из которой связывает генератор и первичный преобразователь 1 информации и управляет тем параметром выходного импульса, который в процессе линеаризации изменяет эквивалентный комплексный коэффициент усиления нелинейного регулятора с зоной насыщения, Вторая обратная связь связывает генератор с выходом самой системы и изменяет показатель экспоненты импульса, управляющий в процессе линеаризации комплексным коэффициентом усиления нелинейного регулятора с зоной нечувствительности.

Для работы системы поиска на границе устойчивости или вблизи ее параметры управляемого фильтра 10 обратной связи выбираются такими, чтобы в момент обнаружения источника излучения в основном контуре регулирования возникали только автоколебания высокой частоты, являющиеся в этом контуре пробными сигналами, и чтобы эги сигналы возникали в зависимости от глубины обратной связи управляемого ограничителя, коэффициента усиления основного контура регулирования и от объема и скорости потока информации, поступающей от воспринимаемого источника излучения.

Контур П содержит управляемый ограничитель 2 порога чувствительности. Последний поддерживает удовлетворительную линеаризацию регулятора за счет усиленной положительной обратной связи, установленной между выходом и входом управляемого ограничителя, с одной стороны, и за,счет управляемой отрицательной обратной связи, установленной

65 м ежду специальным входом ограничителя и специальным выходом управляемого фильтра 10, с другой стороны. Управляемый ограничитель порога чувствительности построен так, что в,начальный момент, когда управляемый генератор активирующего контура не обеспечивает полной линеаризации нелинейного регулятора, он работает с преобладанием положительной обратной связи. В этом слу. чае в активирующем контуре поддерживается высокая чувствительность преобразующего тракта управляемого генератора 8.

В момент, когда частотное воздействие и экспоненциальная форма напряжения актпвирующего контура обеспечивают удовлетворительнуюю линеаризацию нелинейного блока, управляемый ограничитель порога чувствительности начинает работать с отрицательной обратной связью. Другими словами, если частота линеаризации не превышает некоторого порога, то частота на выходе генератора

8 увеличивается по мере увеличения входного воздействия, если же частота линеаризацпи достигает порогового значения, то частота и экспоненциальная форма напряжения 3cтаются неизменными до момента уменьшения входного воздействия или до момента организации пробных движений. В первом случае изменения экспоненциальной формы напрян ения и частоты генератора достигаются как за счет увеличения входного воздействия, так и за счет усиления положительной обратной связи. Во втором случае постоянство частогы и неизменность экспоненциальной формы напряжения на выходе генератора поддерживаются отрицательной обратной связью, которая начинает функционировать только с момента достижения заданной частоты линеаризацип. Таким образом, комбинация цепей положительной и отрицательной обратных связей поддерживает работу системы в режиме регулярного поиска на границе устойчивости или вблизи ее и ограничивает основной контур системы поиска от возможной зоны насыщения. Кроме того, отрицательная обратная связь контура II придает системе поиска новое свойство — самоограничение. В этом случае контур II будет нечувствителен к большим изменениям параметров объекта и входным воздействиям, поступающим на вход следящего преобразователя 1 излучения.

Основным элементом контура II является экспоненцпальньш преобразователь, который представляет собой управляемый генератор 8 экспоненциальных импульсов, собранный на ферротранзисторных элементах по симметрич. ной двухтактной схеме с управляемой об ° ратной связью. Управляемый генератор работает так, что информационный сигнал постоянного тока преобразуется в экспоненциальные управляемые импульсы частоты и показатель экспоненты которых зависит от величины этого сигнала.

В контуре II имеется также полупроводниковый фотоприемник (следящий преобразова251045 тель излучения), производящий дискретнонепрерывный обзор по всему полю возмож ного нахождения излучения одновременно. С помощью такого устройства осуществляегся обнаружение, перемещения источника излучения и получение текущих координат положения источника по двум осям.

Во всех случаях контур 11 решает две задачи: задачу наилучшего приема и преобразования информации, поступающей от вос-. принимаемого источника излучения, и задачу сведения сложных движений системы поиска к более простым. Удовлетворительное решение первой задачи достигаемся синхронизмом, устанавливающимся в период активного полока между управляемым генератором 8 и нелинейным регулятором 9. В этом случае сигнал, снимаемый с выхода чувствительного элемента приемника, является не только управляющим для основного, контура регулирования, но и информативным, содержащим информ ацию об изменении потока лучистой энергии и об изменении, параметров следящего преобразователя излучения. Импульсы, спи. маемые с .выхода генератора 8, подаются на вход основного контура в виде, дискретно-непрерывного управляющего воздействия. С помощью последнего в основном контуре достигается частотно-управляемая линеа|ризация нелинейного регулятора, а в системе поиска появляется дополнительный переходной процесс, характеризующий поведение системы.

Решение второй задачи производится дискретно-непрерывным методом и длится до тех пор, пока количество, информации, поступающей от воспринимаемого источника излучения, не окажется достаточным для получения максимального сипнала íà выходе, следящего преобразователя излучения. В этот момент генератор 8 управляется максимальным сипналом и, следовательно, частота на его выходе достигает уровня линеаризации нелинейного регулятора. Техническая точность решения второй задачи зависит от чувствительности следящего преобразователя излучения и способа линеаризации нелинейного регулятора в момент активного, поиска.

Контур 111 самонастройки является анализатором переходных процессов, в структур ной схеме которого находится управляемый по частоте генератор 13, генерирующий синусои. дальное напряжение, неизменной амплитуды.

Такой генератор снабжен двумя обратными связями, одна из которых является дискретно-управляемой, а другая — непрерывно-управляемой. Первая обратная связь управляет работой генератора по показателю качества самонастройки, поскольку характер воздействия на генератор за висит от длительности и степени разнообразия реакции самой системы (это цепь 14). Вторая обратная связь управляет работой генератора по критерию воспроизведения внешнего воздействия и однозначно зависит от длительности,и степени разнообразия внецгнего воздействия (это цепь И).

Основная задача контура самонастроики состоит в том, чтобы оценить влияние неизвестных параметров на рабочий режим системы и настроить основной контур на характеристики, близкие к оптимальным. Для да иной схемы такая оценка устанавливается на основании информации о коэффициенте затухания и длительности и степени разнообразия внешнего воздействия.

10 Контур III следует рассматривать, как два взаимосвязанных контура. Первый контур устанавливает приближенную оценку влияния неизвестных параметров на основе анализа реакции самой системы, второй — на основе

15 анализа внешного воздействия.

Установленные оценки сравниваются в схеме управляемого генератора 13 показателя качества. Последний в зависимости от оценки влияния неизвестных па раметров изменяет

20 коэффициент усиления и частотную харакгеристику усилителя 8 основного контура. Изменение основных характеристик системы поиска достигается за счет ослабления или у=иления общей обратной связи в схеме генера25 тора. Глубина этой связи зависит от величины влияния неизвестных параметров и режима на ведения на источник излучения или eIo поиска.

Генератор построен так, что в момент усиз0 ления обратной связи по цепи 14 управляемая связь по цепи 15 ослабляется.

Кроме того, когда коэффициент усиления основного контура достигает номинального значения за счет ослабления обратной связи в

35 контуре самонастройки и за счет усиления ее по цепи 15,,информативная обратная связь

lб по достижении граничной устойчивости системы мгновенно изменяет глубину образиной связи генератора 13 и, следовательно, изме40 няет коэффициент усиления основного контура до тех пор,,пока система не достигнет устойчивого колебательного движения около некоторого состояния равновесия. В этом случае система автоматического поиска решает

45 задачу чувствительности. Таким образом, наличие информативной обратной связи 16 в контуре самонастройки позволяет решить задачи устойчивости и чувствительности.

Основная задача контура воспроизведения

S0 входного воздействия заключается в том, чтобы на основе анализа вход ного воздействпя расширить рабочий диапазон .контура самонастройки и произвести периодический контроль системы поиска раздельно по чувствительности и устойчивости.

В рассматриваемом устройстве анализ производится с помощью генератора 3 контура поиска IV и генератора 13 показателя качества контура самонастройки и воспроизведе60 ния.

Анализ проводится следующим образом.

Пусть реа|кция на выходе, системы поиска контура IV равна нулю или некоторой постоянной величи|не. В это время обратная связь

65 генератора 18 будет находиться на таком

251045 уровне, на каком находится обратная связь генератора 8 контура П. Это означает, что частотная характеристика преобразующего тракта и его коэффициент усиления однозначно зависит от амплитуды внешнего воздействия. В общем случае, частотная характеристика усилительного звена 8 с переменным коэффициентом усиления является удовлетворительной для усиления управляющего воздействия активирующего контура, частота ко- 10 торого зависит от амплитуды внешнего воздействия. В свою очередь коэффициент усиления основного контура увеличит устойчивость системы и уменьшит порог чувствительносги к влиянию неизвестных .параметров. В это )5 время система поиска может иметь два состояния. Одно состояние характеризуется целенаправленным поведением, примером которого является состояние равновесия системы с некоторым запасом устойчивости. Второе 20 состояние характеризуется целенаправленным поведением, примером которого является невозмущенное движение системы около некоторого состояния равновесия. Несоответствие между первым состоянием системы и вторым 2S объясняется тем, что управляемая линеаризация нелинейного, регулятора и коэффициент усиления основного контура находятся в прямой зависимости от амплитуды входного воздействия. Изменение коэффициента усиления 3р и управление частотной линеаризацией осуществляется с помощью генераторов 18 и 8 соответственно, у которых сигналы входа преобразуются в импульсы с постоянной амплитудой, частота следования которых зависит от изменения амплитуды внешного воздействия.

Это позволяет системе в зависимости от разнообразия внешнего воздействия автоматически изменять чувствительность преобразующего тракта в зависимости от режима поис- . 4p ка цели. Кроме того, одновременная работа двух управляемых генераторов от одного входного воздействия позволяет системе эффективно работать с переменным коэффициентом усиления, управлять зоной нечувствитель- 43 ности и получить удовлетворительную частотную линеаризацию нелинейного регулятора непосредственно в режиме регулярного поиска.

В таком режиме система становится линеаризированной с малым коэффициентом усиле- 3О ния. Если воспринимаемый источник излучения или система поиска не меняет своего состояния равновесия, то в контуре самонастройки автоматически включается информативная обратная связь. Последняя с помощью 33 управляемого генератора 18 изменяет коэффициент усиления и частотную характеристику основного контура так, что система переходит на кратковременный режим поиска, имея при этом повышенную чувствительность.

Это делается для того, чтобы во всех случаях система поиска соблюдала закономерное изменение следящих движений, участвующих в оценке поведения движения воспринимаемого источника. Последующее разделение и решение проблемы устойчивости и чувствительности осуществляется аналогично первому и повторяется каждый раз после достижения системой поиска состояния равновесия с некоторым запасом устойчивости.

Предмет изобретения

Релейное самонастраивающееся устройство, содержащее координатор со сканирующим приводом и преобразователем излучения, схему сравнения и релейный регулятор основного контура, контур преобразователя информации с управляемым ограничителем порога чувствительности, через схему сравнвн ия подключенным к преобразователю излучения, контур самонастройки, подключенный к выходу координатора с соединенными последовательно блоком формирования импульсов и логическим преобразователем, и контур кругового поиска, отличающееся тем, что, с целью согласования режимов поиска месгонахожденпя источника теплового излучения и слежения за HIDI с условиями обнаружения источника излучения и состояния основного контура управления координатором, сокращения времени поиска и повышения точности слежения, в нем между контуром кругового поиска и управляемым ограничителем порога чувствительности включен управляемый генератор экспоненциальных импульсов, подклю. ченный свопм вторым входом к выходу координатора; на выходе логического преобразователя контура самонастройки установлен управляемый генератор синусоидального напряжения) подкл10ченныЙ сВОим Вторым Входом к преобразователю излучения, а между схемой сравнения основного контура и релейным регулятором и релейным регулятором и сканирующим приводом установлены соответственно усилитель с регулируемым коэффициентом усиления, управляющий зажим которого подключен и выходу управляемого генератора синусоидального напряжения, и регулируемый фильтр. подсоединенный своим . вторым входом к схеме сравнения управляемого ограни"IèTåëÿ порога чувствительности и своим вгорым выходом — «о второму входу управляемого ограничителя порога чувствительности, причем вы: од управляемого генератора экспоненциальных импульсов подключен к схеме сравнения основного контура.

251045

Составитель H. Н. Шувалова

Техрзд Л. К. Малова Корректор С. М. Сигал

Редактор Э. Рубан

Типография, пр. Сапунова, 2

Заказ 3792/10 Тираж 480 Подписное

ЦНИИПИ Комитета по делам изобретений и открытий при Совете Министров СССР

Москва Ж-35, Раугнская наб., д. 4/5