СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

Полезная модель относится к системам автоматического управления и предназначена применения в автоматизированных системах управления сложными процессами, создание точных математических моделей которых затруднительно.
В основу разработки полезной модели положена задача повышения эффективности функционирования систем автоматического управления, повышения надежности их работы, обеспечения адаптации под конкретные условия эксплуатации.
Известна система автоматического управления, содержащая коммутатор, задатчик, кнопки выбора режимов больше и меньше, п каналов управления, реле времени, компаратор, усилители мощности, исполнительные механизмы 1.
Устройство при кратковременном замыкании контактов кнопки «больше или «меньше формирует управляющий сигнал, длительность которого прямо пропорциональна величине сигнала задатчика, что позволяет человеку-оператору проводить коррекцию работы устройства в условиях влияния различных внешних факторов.
Недостаток известного устройства выражается в том, что функционирование сложных объектов обусловлено большим числом параметров, чаще всего взаимозависимых. В этих условиях требуется проводить коррекцию не одного, а нескольких параметров. Кроме того, в зависимости от условий работы, может потребоваться различный масштаб изменения управляющих параметров, что невозможно осуществить при применении известного устройства. Кроме того, применение в устройстве кнопок выбора режимов больше и меньше ставит процесс управления в зависимость от субъективных знаний человека-оператора, что может быть неприемлемо при управлении сложными объектами.
Из известных наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система автоматического управления, содержащая блок программного управления, силовой источник питания, блок релейного коммутатора, п датчиков постоянного контроля, технологические исполнительные механизмы, п объектов управления 2.
После инициализации программы блок программного управления устанавливает исполнительные механизмы в исходное положение , блок релейного коммутатора подключает 1-й объект управления к источнику питания, на основе полученных от объекта управления и от датчиков данных, блок программного управления формирует сигналы управления исполнительными механизмами.
Система автоматического управления обеспечивает контроль состояния объекта управления, обработку полученных от датчиков данных, непрерывный обегающий контроль состояния объекта управления.
Недостатком устройства-прототипа является отсутствие связи между человеком-оператором и системой управления, что затрудняет коррекцию человеком-оператором работы системы управления в условиях внешних воздействий, учет которых в рамках принятой математической модели невозможен.
Человеку-оператору сложно давать оценки управляющих параметров в количественных величинах. Ему проще это делать в качественных оценках, описание которых предполагает множество признаков (характеризующих принятие решения в системах автоматического управления), таких как величина тока, длительность импульса, текущее время. Имеется возможность поставить нечеткому качественному описанию объекта четкое количественное значение управляющих параметров, что позволяет адаптировать устройство под конкретные условия эксплуатации в условиях, когда учет влияющих на процесс управления факторов в рамках принятой математической модели невозможен 3.
Целью полезной модели является устранение указанного недостатка, а именно получение технического результата, заключающегося в возможности проведения коррекции работы системы автоматического управления со стороны человека-оператора при воздействии на объект управления различных внешних факторов.
Поставленная цель достигается тем, что в устройство, содержащее блок программного управления, силовой источник питания, блок релейного коммутатора, п датчиков постоянного контроля, технологические исполнительные механизмы, и обьектов управления, согласно предложенному техническому решению, введены блок специальной оперативной памяти (блок специального ОЗУ), блок специальной постоянной памяти (блок специального ПЗУ), логический блок, блок выдачи данных, при этом блок программного управления раздельно связан двусторонними связями с блоком специального ОЗУ и блоком коммутатора, первые выходы блока специального ПЗУ связаны со первыми входами блока программного управления, первый выход блока специального ПЗУ связан с первым входом логического блока, второй выход блока специального ПЗУ связан с первым входом блока выдачи данных, третий выход блока специального ПЗУ связан с первым входом специального ОЗУ, логический блок связан двусторонней связью со специальным ОЗУ, первый выход специального ОЗУ связан со вторым входом блока выдачи данных, первый выход блока выдачи данных связан со вторым входом блока программного управления.
Введение разработанных блока специального ОЗУ, блока снециального ПЗУ, логического блока в совокупности позволяют организовать такой режим работы, при котором в системе осуществляется корректировка исходных значений контролируемых параметров объекта человеком-оператором в качественных величинах, что существенно упрощает адаптацию системы под конкретные параметры экснлуатации.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
На фиг.1 изображена функциональная схема системы автоматического управления. На фиг. 2-3 примеры конкретного выполнения отдельных узлов и блоков системы. На фиг.4 и 5 приведены временные диаграммы работы блока унравления памятью и выполнения операции эквивалентности логическим блоком .
Система содержит исполнительные механизмы 1, блок программного управления 2, состоящий из микропроцессора 4, блоков штатных ОЗУ 5 и ПЗУ 6, блока ввода-вывода 11, блока согласования 12, блок специального ОЗУ 7, блок специального ПЗУ 8, состоящий из блока 15 управления и накопителя 16, логический блок 9, блок выдачи данных 10, блок коммутатора 3, источник питания 13, причем блок 2 программного управления раздельно связан двусторонними связями с блоком 7 специального ОЗУ и блоком 3 коммутатора, нервые выходы блока 8 специального ПЗУ связаны со первыми входами блока 2 программного управления, первый выход блока 8 специального ПЗУ связан с первым входом логического блока 9, второй выход блока 8 специального ПЗУ связан с первым входом блока 10 выдачи данных, третий выход блока 8 специального ПЗУ связан с первым входом блока 7 специального ОЗУ, логический блок 9 связан двусторонней связью со блоком 7 специального ОЗУ, первый выход блока 7 специального ОЗУ связан со вторым входом блока 10 выдачи данных, первый выход блока 10 выдачи данных связан со вторым входом блока 2 программного управления, первые выходы блока 3 коммутатора связаны с первыми входами исполнительных механизмов, первые выходы источника питания 13 связаны со вторыми входами коммутатора 3.
Исполнительные механизмы 1 предназначены для выполнения различных технологических операций.
Блок 2 программного управления предназначен для обработки получаемых от датчиков постоянного контроля и объекта управления информации и выдачи на исполнительные механизмы управляющих решений согласно выполняемого алгоритма работы.
Блок 2 нрограммного управления (см. фиг.1.) состоит из микропроцессора 4, блока 5 штатного ОЗУ, блока 6 штатного ПЗУ, блока 11 ввода-вывода и блока 12 согласования.
Штатное ОЗУ 5 предназначено для содержания используемой в текущий момент времени программы и данных. В рассматриваемом примере реализации штатное ОЗУ 5 выполнено на микросхеме К537РУ10.
Штатное ПЗУ 6 является особым типом внутренней памяти, содержимое которого не изменяется на протяжении эксплуатации диспетчерского полу комплекта. В микросхемах ПЗУ хранятся системные программы и данные, связанные с жизнеобеспечением системы. В рассматриваемом примере реализации штатное ПЗУ 6 выполнено на микросхеме К573РФ5.
Блок ввода-вывода 11 предназначен для ввода данных в систему и отображения полученных результатов.
Блок 12 согласования предназначен для связи микропроцессора 4 с блоком 3 коммутатора, согласования электрических параметров передаваемых сигналов.
Блок 3 коммутатора предназначен для получения данных от датчиков, их хранения и выдачи на микропроцессор, а также передачи управляющих команд от блока связи с исполнительными механизмами на собственно исполнительные механизмы.
Блок 7 специального ОЗУ предназначен для промежуточного хранения входных и выходных значений функций принадлежности и выполнен на микросхеме К537РУ10.
В блоке 8 хранятся первичные лингвистические термины в различных базовых множествах, которые необходимы для управления данным процессом или обьектом. Кроме того, эти первичные термины используются для составных лингвистических терминов, необходимость которых определяет процесс или объект управления для адекватного управления ими. Блок 8 состоит из блока 15 управления памятью, функциональная схема которого изображена на фиг.2, и блока 16 накопителя ПЗУ, состоящего из накопителя 21, выполненного на микросхеме К537РФ5, и элемента 22 ИЛИ, выполненного на микросхеме К1533ЛЕ1. Блок управления 15 состоит из дешифраторов 17 и 19, счетчика 18, коммутатора 20, триггера 23, элементов И 24 и 26, элемента ИЛИ 25, причем первый выход дешифратора 17 соединен с первым входом триггера 23, выход которого соединен с первым входом элемента 26 И, первый выход которого соединен с первым входом счетчика 18, второй выход дешифратора 17 соединен со вторым входом счетчика 18, третий вход которого соединен с вторым входом триггера 23 и первым выходом элемента ИЛИ 25, первый вход которого соединен с первым выходом элемента 24 И, первый вход которого соединен с первым выходом коммутатора 20, первый вход которого соединен с третьим выходом дешифратора 17, четвертый выход которого соединен со вторым входом элемента 24 И, первый выход счетчика 18 соединен с первым входом дешифратора 19, выход которого соединен со вторым входом коммутатора 20, второй выход которого соединен с входом накопителя 21, выход которого соединен с входом элемента 22 И.
Дешифраторы 17 и 19 выполнены на микросхеме К1533ИД7, счетчик 18 выполнен на микросхеме К1533ИЕ7, коммутатор 20 выполнен на микросхеме К1533СП11, элемент 25 ИЛИ выполнен на микросхеме К1533ЛЕ1, триггер 23 выполнен на микросхеме К1533ТМ2, элементы 24 и 26 И выполнены на микросхеме К1533ЛИ1.
Логический блок 9 (фиг.З) предназначен для выполнения основных операций над значениями первичных лингвистических терминов для получения лингвистических составных терминов, которыми оперирует оператор в процессе управления. К этим операциям относятся следующее: инверсия, конъюнкция, дизъюнкция, импликация, эквивалентность, концентрирование и растяжение. Соответствующие значения -, Су«)/У«
хранятся в блоке памяти 36, состоящим из двух секций, все время выполнения операции.
Логический блок 9 содержит первый 31, второй 33, третий 27 и четвертый 38 регистры, первый 32, второй 34 и третий 28 коммутаторы, блок сравнения 29, первый 35 и второй 39 дешифраторы, блок 36 памяти, первый 30 и второй 40 блоки элементов И и блок 37 элементов ИЛИ, первый вход которого соединен с выходом блока 36 памяти, первый вход которого соединен с выходом первого дешифратора 35, вход которого соединен с первым входом первого регистра 31, выход которого соединен с первым входом первого коммутатора 32, выход которого соединен с первыми входами блока 29 сравнения, второго регистра 33 и вторым входом блока 37 элементов ИЛИ, третий вход которого соединен с выходом второго коммутатора 34 и вторым входом блока 29 сравнения, выход которого соединен с первым входом первого блока 30 элементов И, второй вход которого соединен с первым входом второго коммутатора 34, вторым входом второго регистра 33, вторым входом первого коммутатор а 32, первым входом третьего коммутатора 28, первым входом третьего регистра 27, вторым входом первого регистра 31, вторым входом блока 36 памяти и выходом второго блока 40 элементов И, первый вход которого соединен с выходом второго дешифратора 39 и первым входом четвертого регистра 38, выход которого соединен со вторым входом второго блока 40 элементов И, выход третьего регистра 27 соединен со вторым входом третьего коммутатора 28, выход которого соединен с третьими входами блока 29 сравнения, первого 31 и второго 33 регистров и четвертым входом блока 37 элементов ИЛИ, выход первого блока 30 элементов И соединен с третьим входом третьего коммутатора 28 и вторым входом второго коммутатора 34, выход второго регистра 33 соединен с третьим входом второго коммутатора 34, выход блока 37 элементов ИЛИ является выходом логического блока, второй вход четвертого регистра 38 является нервым входом логического блока, вход первого дешифратора 35 является вторым входом логического блока, вход второго дешифратора 39 является третьим входом логического блока, второй вход третьего регистра 27 является четвертым входом .логического блока.
в логическом блоке 9 буферные регистры 27 и 31 реализованы на микросхеме К1533ИР8, коммутаторы 28, 32 и 34 реализованы на микросхеме К1533КП12, блок 29 сравнения реализован на микросхеме К1533СП1, блоки 30 и 40 элементов И выполнены на микросхеме К1533ЛИ1, регистр 33 выполнен на микросхеме К1533ИР22, дешифраторы 35 и 39 реализованы на микросхеме К1533ИД7, блок 36 памяти выполнен на микросхеме К537РУ10, блок 37 элементов ИЛИ выполнен на микросхеме К1533ЛЕ1, управляющий регистр 40 выполнен на микросхеме К1533ИР10.
Блок выдачи данных 10 на внешние устройства предназначен для преобразования полученных от человека-оператора степеней принадлежности  х актеризуюших состояние объекта управления, в
четкое значение контролируемых параметров.
Источник питания 13 предназначен для питания электрической энергией исполнительных механизмов.
Принцип работы системы автоматического управления основан на последовательном опросе датчиков, обработке результатов опроса, выработки управляющих решений и передаче команд управления на исполнительные механизмы, отображения информации о состоянии объекта управления, а также адаптации системы к изменению п аметров, осуществляемой блоками 7 ... 10.
Рассмотрим работу системы автоматического управления. Предусмотрено два режима работы. РАБОТА и НАСТРОЙКА. Выбор соответствующего режима осуществляется с помощью функциональных клавищ, расположенных на стандартной клавиатуре.
В режиме РАБОТА микропроцессор управляет объектом согласно заданной программы, человеку-оператору предоставлена возможность контроля процесса управления, визуального наблюдения за контролируемыми параметрами, а также проводится регистрация событий.
В режиме «НАСТРОЙКА осуществляется настройка системы под конкретные объекты путем нолучения от оператора первичных лингвистических терминов, описывающих нечеткую ситуационную модель объекта, формирование составных лингвистических терминов и ввод, по мере необходимости, нового нечеткого описания объекта и необходимой четкой информации.
Процесс получения первичных лингвистических терминов заключается в следующем. На клавиатуре набирается необходимое название первичного лингвистического термина, например, для переменной ток терма малый. Вводимая информация через микропроцессор 4 поступает в блок 15 управления специального ПЗУ 8. На фиг.4 приведена временная диаграмма работы блока 15 управления специального ПЗУ 8 при вводе человеком оператором первичных лингвистических терминов.
21, а на счетчик 18 поступает код первичного лингвистического термина, например, код слова малый, который является первым адресом лингвистического термина при данном базовом множестве. Сигнал с выхода дешифратора 17 устанавливает триггер 23 в состояние, который с помощью схемы И 26 разрешает поступление тактовой частоты на счетчик 18, который формирует последующие адреса элементов памяти для выбора первичных лингвистических терминов. Дешифратором 19 код счетчика 18 дешифрируется и через коммутатор 20 поступает в накопитель 21. Через схемы ИЛИ 22 выходы элементов памяти объединены. При достижении последнего адреса каждой части памяти, для всех элементов, по сигналу из коммутатора 20 через схемы И 24, ИЛИ 25 осуществляется сброс триггера 23 и счетчика 18. Считанное значение первичного лингвистического термина через схемы ИЛИ 22 поступает на выход специального ПЗУ 8 и поступает в один из следующих блоков: блок выдачи данных 10 в режиме первоначальной установки, специальное ОЗУ 7 в режиме настройки, или логический блок 9, если необходимо проведение операций над лингвистическими терминами.
Для различных процессов или объектов управления объем памяти каждого элемента определяется конкретными значениями базового множества и является разным.
Использование специального ПЗУ с первичными значениями лингвистических терминов позволяет значительно упростить процесс формирования первичных лингвистических терминов за счет отсутствия сложных арифметико-логических блоков и микропрограмм для выполнения операций в них.
Операции, выполняемые в логическом блоке 9, можно разбить на две группы.
1.Операции, выполняемые над одним лингвистическом термином (инверсии, концентрирование и растяжения).
2.Операции, выполняемые над двумя лингвистическими терминами (дизъюнкция, конъюнкция, импликация и эквивалентность).
Операции в логическом блоке 9 выполняются последовательно над каждой степенью принадлежности, входящий в состав лингвистического термина. В результате выполнения логических операций над первичными лингвистическими терминами получаем составные лингвистические термины, необходимые в процессе управления, которые записываются в специальное ОЗУ 7. Выбор той или иной операции и значения лингвистической переменной осуществляется с помощью клавиатуры.
Рассмотрим работу логического блока 9. Предположим, что на дешифратор 39 поступил код операции растяжения или концентрирования. После дешифрации кода через схемы И 40 осуществляется выбор того или иного элемента памяти. Значение / поступает на дешифратор 35 и после
которое поступает па выход блока, т.е. значепие  используется как адрес
величипы  {у)/Уп или /. )6v..
Использовапие такого принципа выполнения этих двух операций позволяет повысить надежность и быстродействие выполнения этих операций за счет отсутствия сложной микропрограммы и операционной части. Количество ячеек памяти, используемых для хранения значений
SQ (  Уй (У равно 100 байтам. При выполнении остальных
операций основные управляющие сигналы формируют совместно регистр 38 и дешифратор 39 с помощью блоков элементов И 40. Эти сигналы поступают ко всем элементам блока. В связи с этим процесс функционирования рассмотрим по порядку прохождения информации.
Операция инверсия. При ее выполнении содержимое регистров 27 или
31через соответствующие коммутаторы и блок элементов ИЛИ 37 выдается на выход в инверсном коде.
Операции конъюнкция, дизъюнкция и импликация выполняются одинаково. В начале содержимое регистров 27 и 31 в прямом или инверсных кодах через коммутаторы 28, 32 поступают на блок 29 сравнения. После сравнения по сигналам, сформированным в блоке элементов И 30, которые поступают на коммутаторы 28 и 32, осуществляется выдача содержимого регистра 27 или 31 в прямом или в инверсном коде в зависимости от выполненной операции.
Операция эквивалентность выполняется в три этапа. Временная диаграмма работы логического блока 9 при выполнении операции эквивалентности приведена на фиг.5.
На первом этапе содержимое регистров 27 и 31 через коммутаторы 28 и
32в прямом и инверсном кодах соответственно поступают на блок сравнения. В результате сравнения наибольшее значение через коммутатор 28 или 32 поступает на регистр 33.
Па втором этапе на блок сравнения поступает содержимое регистров 27 и 31 через   коммутаторы 28 и 32 в инверсном и прямом кодшс соответственно. В результате сринения наибольшее значение запоминает регистр 31, т.е. если содержимое в инверсном коде регистра 27 больше, чем содержимое регистра 31, то содержимое регистра 27 в инверсном коде записывается в регистр 31.
В третьем этапе на блок сравнения поступает содержимое регистров 31 и 33 через коммутаторы 32 и 34. В результате срмнения по выходным сигналам из блока сравнения с помощью блока 30 формируется сигнал, который обеспечивает выдачу на выход наименьшего из содержимого регистров 31 и 33, что ведет за собой завершение операции.
заданные значения управляющих параметров параметров поступают на исполнительные механизмы.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет осуществлять корректировку значений контролируемых параметров объекта управления человеком-оператором в качественных величинах, что существенно упрощает адаптацию системы под конкретные условия эксплуатации, что способствует повышению эффективности работы системы в целом.
ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ:
1.Авторское свидетельство № 1735807, кл. G 05 В 19/00, заявлено 13.09.89, опубликовано 27.05.92, бюл.Г2 19.
2.Авторское свидетельство № 1735806, кл. G 05 В 19/00, заявлено 22.06.89, опубликовано 23.05.92, бюл.№ 19. (прототип).
З.Мелихов А.Н., Берштейн Л.С., Коровин С.Я. Ситуационные советующие системы с нечеткой логикой. - М.: Наука,1990. - 272 с. НачальникВИМВД Автор; - АтВ. Заряев А.Ф. Слепцов