Система оптимизации режимов работы объекта Советский патент 1985 года по МПК G05B13/02 

СО

о 00

Од ts9 Изобретение относится к , технической кибернетике и предназначено для поддержания оптимальных режимов работы многомерных стохастических объектов управления с ограничениями на область оптимальных значений управляющих воздействии. Целью изобретения является расширение области применения системы. На чертеже представлена блок-схема системы оптимизации режимов работы объектов. Система оптимизации режимов работы объекта содержит объект 1 управления, выход которого связани с выходом регулятора 2 (например, ПИ-регулятора), второй блок 3 памяти, выход которого связан с первым входом анализатора 4 выхода объекта, анализатор 5 входа объекта, выход которого связан с вторым входом первого блока 6 памяти и первым входом сумматора 7, блок 8 планирования эксперимента, выход которого связан с первым входом командного блока 9, блок 10 задания ограничений, выход которого связан с первым входом блока 11 сравнения и первым входом второго сумматора 12, выход которого связан с первым входом переключателя 13, второй вход которого связан с выходом объекта 1 управления. Выход переключателя 13 связан с вторым входом второго блока 3 памяти, первый вход которого связан с вторым выходом анализатора 4 выхода объекта, второй вход которого связан с вторым выходом командного блока 9. Выход анализатора 4 выхода объекта связан с первым входом анализатора 5 входа объекта, второй вход которого связан с выходом первого блока 6 памяти, с которым .также связан второй вход сумматора 7, выход которого связан с третьим входом первого блока 6 памяти, вторым входом блока 11 сравнения, вторым входом второго сумматора 12 и первым входом командного блока 9. Выход блока сравнениясвязан с третьими входами командного блока 9 и переключателя 13. Выход командного блока 9 связан с входом регулятора 2. Устройство и работа системы описаны для k факторов оптимизации. Задачей оптимизации является поиск значений факторов, соответствующих экстремуму целевой функции, с учетом ограничений на область оптимальных значений управляющих воздействий. Работу системы рассмотрим на примере задачи поиска минимума целевой функции. В исходном состоянии в ячейках второго блока 3 и первого блока 6 памяти записаны нули. в момент пуска блок 8 планирования эксперимента начинает формировать входные воздействия х, согласно матрице насыщенного плана (симплекс-план), которые по первому входу записываются в первый блок 6 памяти, а также подаются на второй вход командного блока 9. Сигналы о входных воздействиях х,- поступают на первый выход 2J командного блока 9 и далее через регулятор 2, преобразующий сигналы системы в физические воздействия, реализуются на объекте 1 управления. Сигналы о значениях соответствующих откликов у,- через второй вход переключателя 13 поступают на второй вход второго блока 3 памяти и записываются в ячейке второго блока 3 памяти. Таким образом, исходный план эксперимента реализован. После реализации плана эксперимента во всех ячейках памяти первого блока 6 и второго блока 3 памяти записаны соответственно значения факторов и откликов. После этого командный блок 9 отключается по второму входу, а на втором его выходе появляется командный сигнал. Это состояние является исходным для осуществления собственно процесса оптимизации. Первый шаг поиска оптимального режима работы объекта 1 управления начинается в момент подачи командного сигнала с второго выхода командного блока 9 на второй вход анализатора 4 выхода объекта. Этот сигнал дает команду на выделение наихудщего отклика. Сигнал о номере наихудшего отклика уо с второго выхода анализатора 4 выхода объекта поступает на первый вход второго блока 3 памяти. При этом в соответствующей ячейке стирается информация об наихудшем отклике г/оСигнал о номере выделенного наихудшего отклика УО с первого выхода анализатора 4 выхода объекта подается на первый вход анализатора 5 входа объекта, в котором происходит выделение значений факторов, соответствующих наихудшему отклику уо. Сигнал о номере реализации факторов хо, соответствующей наихудщему отклику уо, подается на первый вход первого сумматора 7. На второй выход первого сумматора 7 с выхода первого блока 6 памяти поданы сигналы о значениях всех факторов xi. Первый сумматор 7 вычисляет новые значения факторов по формуле + l . Сигнал о номере реализации факторов хо, соответствующий наихудшему отклику уо, также подается на второй вход первого блока 6 памяти, где информация об этой реализации стирается в соответствующей ячейке. Сигнал вычисленных значений факторов Xk+ подается на первый вход командного блока 9, на второй вход блока 11 сравнения и второй вход второго сумматора 12. Кроме того, этот сигнал подается на третий вход первого блока 6 памяти и записывается в освободившуюся ячейку. В блоке 11 сравнения происходит сравнение сигнала о вычисленных значениях факторов Xk+ с сигналом о значении ограничений на область оптимальных значений управляющих воздействий. Сигналы о значеНИИ этих ограничений поступают с выхода блока 10 задания ограничений. При этом возможны две ситуации. Рассмотрим первую ситуацию.

Если значения факторов удовлетворяют этим ограничениям, на выходе блока 11 сравнения появляется командный сигнал. Этот сигнал поступает на третий вход командного блока 9, открывая его по первому входу, и на третий вход переключателя 13, открывая его по второму входу и закрывая по первому. Сигнал о значении Xk+ с выхода командного блока 9 поступает на регулятор 2 и реализуется на объекте 1 управления. Соответствующий ему отклик yk+ через второй вход переключателя 13 по второму входу записывается в свободную ячейку второго блока 3 памяти.

При второй ситуации, когда вычисленные значения факторов Xk+ не удовлетворяют ограничениям на область оптимальных значений управляющих воздействий, на выходе блока сравнения формируется запрещающий командный сигнал. С выхода блока 11 сравнения этот сигнал поступает на третий вход командного блока 9, закрывая его по первому входу. Кроме того, этот сигнал поступает на третий вход переключателя 13, закрывая его по второму входу и открывая по первому. После этого через первый вход переключателя 13 по второму входу в свободную ячейку второго блока 3 памяти подается и записывается в ней сигнал о значении щтрафа. Величина щтрафа рассчитывается во втором сумматоре 12

S(xk+i} a(xk+{-Xtp} axk+ -axrf, где S(xi,+) - значение фукнции щтрафа; X гр- значение ограничений на область оптимальных значений управляющих воздействий, сигнал о которых подается на первый вход второго сумматора 12 с выхода блока 10 задания огра0ничений;

а - коэффициент щтрафа. На этом первый щаг поиска оптимального режима заканчивается. Последующие итерации осуществляются аналогично первой, начиная с подачи командного сигнала

5 с второго выхода командного блока 9 на второй вход анализатора 4 выхода объекта.

Таким образом, в процессе работы системы осуществляется отражение симплекса и происходит последовательное улучщение

0 отклика, причем оптимальный режим находится с учетом ограничений на область оптимальных значений управляющих воздействий.

В окрестностях экстремума симплекс совершает колебательные движения в оптимальной области. Если оптимальная область объективно дрейфует, система отслеживает этот дрейф.

СИСТЕМА ОПТИМИЗАЦИИ РЕЖИМОВ РАБОТЫ ОБЪЕКТА, содержащая первый блок памяти и блок планирования эксперимента, а также последовательно соединенные второй блок памяти, анализатор выхода объекта, анализатор входа объекта, первый сумматор, командный блок, регулятор и объект управления, причем выход блока планирования эксперимента связан с вторым входом командного блока и первым входом первого блока памяти, а выход анализатора входа объекта - с вторым входом первого блока памяти, выход которого связан с вторым входом анализатора входа объекта и вторым входом первого сумматора, выход которого связан с третьим входом первого блока памяти, второй выход командного блока связан с вторым входом анализатора выхода объекта, второй выход которого связан с первым входом второго блока памяти, отличающаяся тем, что, с целью расширения области применения системы, в нее введены блок сравнения, а также последовательно соединенные блок задания ограничений, второй сумматор и переключатель, выход которого связан с вторым входом второго блока памяти, второй вход - с выходом объекта управления, первый вход блока сравнения связан с выходом блока S задания ограничений, второй вход - с выходом первого сумматора, выход - с третьим входом командного блока и третьим входом переключателя, а второй вход второго сумматора связан с выходом первого сумматора.