Устройство для адаптивной идентификации объекта Советский патент 1987 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию, может быть использовано в системах автоматического управления объектами с переменными параметрами и является усовершенствованием устройства по авт. св, № 1 177794.

Цель изобретения - повьапение точности идентификации.

На фиг.1 и 2 приведена схема устройства для адаптивной идентификации объекта; на фиг.З - схема блока расчета корректировок; на фиг,4 - динамика действительных значений коэффициентов и их оценок.

Принятые обозначения; V, V - первая и вторая входные переменные объекта; Y - выходная переменная объекта; ) - неконтролируемые возмущения действующие на объект; k,(t), ), . If ,. . И

kjCi) - коэффициенты на i-м

-, (i),

шаге соответственно на первом и втором уровне; (1), (i) - ошибка расчета выхода объекта на i-м шаге соответственно на первом и втором уровне; k,(L), k(i) - коэффициенты, полученные на выходе устройства; ), v,j(i) - приращения входных пе ременн1з1х относительно среднего уровня; У приращение выходной переменной относительно среднего уровня; k,(i-i), k(i-l) - адаптируемые коэффициенты; Ak, (i) , uk(i) - корректировки коэффициентов; 6(i) - ошибка расчета. Динамика (фиг.З) действительных значений коэффициентов k(i)

k (i) и оценок этих коэффициентов получена с помощью известного устройст„ 11... . . 1Г,., на для двух уровней k (i), k (i),

k (i), k (i) и с помощью предлагаемого устройства.

Устройство для адаптивной идентификации объекта содержит объект 1, первый 2, второй 3 и третий 4 амплитудно-импульсные модуляторы, второй блок 5 сра внения, первьй задатчик 6, третий .блок 7 сравнения, второй задатчик 8, третий задатчик 9, четвертый блок 10 сравнения, первьпд блок 11 расчета корректировки, первый 12 и второй 13 сумматоры, первый 14, второй 15, третий 16, четвертьй 17 и пятый 18 блоки памяти, второй блок 19 расчета корректировки, восьмой 20, седьмой 21, девятый 22 и десятьй 23 сумматоры, шестой 24 и седьмой 25

блоки памяти, пятый 26 и шестой 27 сумматоры, третий 28 и четвертьй 29 квадраторы, пятый 30 и шестой 31 блоки сравненияJ третий 32 и четвертый

33 масштабирующие блок и, одиннадцатый 34 и четырнадцать 35 сумматоры, восьмой 36 и девятый 37 блоки памяти, двенадцатый сумматор 38, третий 39 и четвертый 40 блоки деления, пятый

41, восьмой 42, седьмой 43 и шестой

44 блоки умножения, пятнадцатый 45 и тринадцатый 46 сумматоры, первый 47 и второй 48 блоки умножения, первый блок 49 деления, первый ограничитель

50, первый масштабирующий блок 51, четвертый сумматор 52, первый блок 53 уравнения, третий блок 54 умножения, четвертый блок 55 умножения, второй блок 56 деления, второй ограничитель 57, второй масштабирующий блок 58, первый квадратор 59, третий сумматор 60, второй квадратор 61, четвертый задатчик 62.

Устройство работает следующим образом.

Входные переменные V, и V, поступают на объект , а также ни первый 2 и второй 3 амплитудно-импульсные модуляторы. Выходной сигнал объекта I подается на вход третьего амплитудно-импульсного модулятора 4. Амплитудно-импульсные модуляторы осуществляют дискретное преобразование аналоговых входных и выходного сигналов

объекта 1, в результате чего на их вьгкодах получаются последовательности амплитудно-модулированных импульсов V (i), ) и Y(i).

Выходные импульсы амплитудно-импульсных модуляторов 2-4 поступают на первые входы соответственно второго 5, третьего 7 и четвертого 10 блоков сравнения, где из них вычитаются импульсы о средних значениях V, V и Y, поступающие с выходов соответственно первого 6, второго 8 и третьего 9 задатчиков. На выходах второго 5, третьего 7 и четвертого 10 блоков сравнения получаются импульсы v(i), ) ny(i) об отклонениях переменных от их средних значений. Импульсы

55

вого блока I1 расчета корректировки, который предназначен для вычисления корректировок адаптируе1-1 1х коэффи- илентов k и k.

В блоке 11 расчета корректировки реализуется процедура

(i)-J

LfjCi), при Icy CDUuJ

Mokc.

f

макс

(1)

при 1цj (i))

y(i)-llk,(i-l).v:(i)lv: (i)

ЬJ-l- JJ

d Ilvhi)

J / т ч

где

ukj(i)

Ь

корректировка j-ro коэффициента на i-M шаге; постоянные коэффициенты, выбираемые в процессе наладки устройства. J5 Для реализации процедуры (1)и (2) импульсы с первого и второго входов соответственно через первый 59 и второй 61 квадраторы идут на третий сумматор 60, на этот же сумматор 60 цо- 20 дается импульс о величине коэффициента d выражения (2) с выхода четвертого задатчика 62. Поступившие на третий

k(i) k,(i-l) +Ak;(iy (4 импульс о значении первого коэффици ента в i-й момент времени на первом уровне. Этот импульс поступает на четвертый вход первого блока 11 рас

сумматор 60 импульсы суммируются, и на выходе получается импульс о вели- 25 корректировки и вход первого чине знаменателя вьфажения (2). Для лока 14 памяти. Аналогично опреде- получения числителя выражения (2) импульс с первого входа о v (i-l) умножается в первом блоке 47 умножения

30

на импульс с четвертого входа k, (i) и подается йа четвертый сумматор 52. Аналогично импульс с второго входа о v(i) умножается в третьем блоке 54 умножения на импульс с пятого входа о k,2,(i-l) и подается на четвертый сумматор 52. Выходной импульс четвертого сумматора 52 о модельной оценке

: г

(3)

У Hk.Ci-l) h

Vj(i)

ляется с помощью второго сумматора 1 и второго блока 15 памяти импульс

(i).

Для определения коэффициентов на втором уровне импульсы с выходов вто рого 5, третьего 7 и четвертого 10 блоков сравнения задерживаются соответственно в третьем 16, четвертом

35 17 и пятом 18 блоках памяти на интер вал времени, необходимый для сраба- тьгоания схемы первого уровня, и подаются на первый, второй и третий входы второго блока 19 расче40 та корректировки, функционирование которого аналогично первому блоку 11 корректировки. С первого выхода второго блока 9 расчета корректировки

вычитается в первом блоке 53 сравнения из импульса о y(i) с третьего входа блока расчета корректировки. В результате получается импульс об сшиб- импульс ке (i)y(i) - y(i), который идет на третий выход блока расчета корректировок.

Во втором блоке 48 умножения импульс о V, умножается на импульс с выхода hepBoro блока 53 сравнениями

40 та корректировки, функционирование которого аналогично первому блоку 11 корректировки. С первого выхода второго блока 9 расчета корректировки

о 8k, (i) суммируется с имзтпульсом о flk,(i-l) шестого блока 24

в седьмом сумматоре 21. Выходной импульс седьмого сумматора 21

bkf(i) uk(i-l) +Sk(i) (5) подается на шестой блок 24 памяти и

50

в результате получается импульс о чис пятый сумматор 26. Импульс о ak,-(i-l).

с выхода шестого блока 24 памяти суммируются в восьмом сумматоре 20 с

лителе выражения (2) для первого коэффициента. Этот импульс делится в первом блоке 49 деления на выходной импульс третьего сумматора 60 и поступает на первый ограничитель 50, где реализуется выражение (1), и затем умножается в первом масштабирую55

импульсом с k(i)

с выхода первого

сумматора 12, в результате чего получается импульс

А 1ГI11

k;(i-I) k. (i) + ), (6)

J

3056334

Mokc. тем блоке 51 на коэффициент . На

выходе первого масштабирующего блока получается импульс о величине ik (i), который идет на первый выход блока расчета корректировки. Таким же образом с помощью четвертого блока 55 умножения, второго блока 56 деления, второго ограничителя 57 и второго масштабирующего блока 58 рассчитывается импульс о величине ), который идет на второй выход блока расчета корректировки.

Импульс о uk,(i) с первого выхода расчета корректиров- первом сумматоре 12.

шервого блока 1

ки суммируется в I

с импульсом о k, (i-1) с первого блока 14 памяти, и в результате получается

k(i) k,(i-l) +Ak;(iy (4) импульс о значении первого коэффициента в i-й момент времени на первом уровне. Этот импульс поступает на четвертый вход первого блока 11 рас корректировки и вход первого лока 14 памяти. Аналогично опреде-

5 корректировки и вход первого лока 14 памяти. Аналогично опреде-

0

импульс

ляется с помощью второго сумматора 13 и второго блока 15 памяти импульс

(i).

Для определения коэффициентов на втором уровне импульсы с выходов второго 5, третьего 7 и четвертого 10 блоков сравнения задерживаются соответственно в третьем 16, четвертом

5 17 и пятом 18 блоках памяти на интервал времени, необходимый для сраба- тьгоания схемы первого уровня, и подаются на первый, второй и третий входы второго блока 19 расче0 та корректировки, функционирование которого аналогично первому блоку 11 корректировки. С первого выхода второго блока 9 расчета корректировки

о 8k, (i) суммируется с имзтпульсом о flk,(i-l) шестого блока 24

в седьмом сумматоре 21. Выходной импульс седьмого сумматора 21

bkf(i) uk(i-l) +Sk(i) (5) подается на шестой блок 24 памяти и

0

пятый сумматор 26. Импульс о ak,-(i-l).

импульсом с k(i)

с выхода первого

сумматора 12, в результате чего получается импульс

А 1ГI11

k;(i-I) k. (i) + ), (6)

который идет на четвертый вход второго блока 19 расчета корректировки, В пятом сумматоре 26 получается импульс

(7)

k(i) k(i) + )

о первом коэффициенте в i-й момент времени на втором уровне. Также опре1 /-ч деляется импульс и о к„(1), для чего

используются шестой 27, девятый 22 и десятый 23 сумматоры и седьмой блок 25 памяти.

Для оценки точности идентификации коэффициентов используется показатель в виде

(i-) +

+ сб(« (i)) - Q Ci-O, (8)

где N - номер уровня, ,2;

об - постоянный параметр, который выбирается в процессе наладки устройства,

Коэффициенты определяются путем взвешенного суммирования их оценок на различных слоях, причем доля веса адаптируется в зависимости от покаи

зателей Q (i), т,е.

I, (i) Ц(1)

Q (i)+Q (i)

9l(il

Q (D+qU)

k(i)

(9)

где j - номер коэффициента, j,2,

При таком способе определения .коэффициентов особенно хорошие результаты получаются в том случае, когда оценки коэффициентов по слоям лежат по разные стороны от действительных значений. Здесь обобщенная оценка лучше, чем любая из исходных оценок, В случае, когда оценки коэффициентов лежат по одну сторону от действительных значений, обобщенная оценка приближается к лучшей оценке коэффициента, т,е, практически не наблюдаетс проигрьт в точности идентификации.

Для реализации выражения (8) для уровня импульс об ошибке на i-м

шаге (i) с третьего выхода первого блока 1 расчета корректировок посту паетна третий квадратор 28,на выходе которого получается импульс (i)

Из импульса о (i) в пятом блоке 30 сравнения вычитается импульс о

Q (i.-I) с выхода восьмого блока 36 памяти и умножается на постоянный параметр ос в третьем масштабирующем блоке 32, В сумматоре 34 алгебраи- 5 чески суммируются импульс о Q (i-I) с выхода восьмого блока 36 памяти и импульс с выхода третьего блока 32 масштабирования. На выходе сумматора 34 получается импульс о показателе Q (i) на i-M шаге на первом уровне. Аналогично получается импульс о показателе Q (i) на втором уровне. Для этого используется четвертый квадраW

5

тор 29, на вход которого поступает

. II,.. (i)

0

импульс об ошибке t (.ij расчета выхода объекта на втором уровне с третьего выхода второго блока 19 расчета корректировок, шестой блок 31 сравнения , четвертый масштабирующий блок 33, сумматор 35 и девятый блок 37 памяти.

Импульсы о показателях Q (i) и

на первом и втором уровнях по- 5 ступают на входы сумматора 38, на выходе которого получается импульс о знаменателях выражения (9), В третьем блоке 39 деления импульс о показа- 1

Q(i)

0

0

теле Q Ci) на первом уровне делится на выходной импульс сумматора 3., и подается на первьш вход блока 4 умножения, где умножается на импульс о первом коэффициенте на втором уровне с выхода пятого сумматора 26, В ре- 5 зультате получается импульс о втором слагаемом выражения (9), который подается на второй вход четырнадцатого сумматора 45,

Импульс о критерии Q (i) на втором уровне подается на первый вход четвертого блока 40 деления, там делится на выходной импульс сумматора 38 и идет на первый вход блока 42.умножения, в котором умножается ни импульс

5 I

о первом коэффициенте k,(i) на первом

уровне. Полученный таким образом импульс о первом слагаемом выражения (9) поступает на первый вход сумматора 45, на выходе которого получается импульс о первом коэффициенте k,(i).

Импульс о втором коэффициенте k (i) вырабатывается аналогично. Для этого используются блок 43 умножения, на второй вход которого подается им пульс о втором коэффициенте k(i) на втором уровне с выхода шестого сумматора 27, ни первый вход - импульс о первом сомножителе второго с.лагае0

7

мого выражения (9) с выхода третьего блока 39 деления, блок 44 умножения, на второй вход которого подается импульс о втором коэффициенте k (i) на первом уровне с выхода второго сумматора 13, а на первый вход - импульс о первом сомножителе первого слагаемого выражения (9) с выхода четвертого блока 40 деления. Выходные импульсы седьмого 43 и шестого 44 блоков умножения поступают соответственно на первый и второй входы сумматора 46. В результате на выходе сумматора 46 получается импульс о втором коэффициенте k (i).

По аналогии устройством может быть определено и большее число коэффициентов.

Использование предлагаемой схемы адаптации коэффициентов позволяет получать их более точные оценки. Например, при скачкообразном изменении коэффициентов точность их оценивания увеличивается примерно в 1,5-2 раза по среднеквадратическому отклонению по сравнению и с первым и с вторым слоями известного устройства.

Формула изобретения

13

к первому входу двенадцатого суммато ра, соединенного выходом с. первым входом третьего блока деления, подключенного выходом к первому входу с седьмого блока умножения, который вы ходом соединен с первьм входом тринадцатого сумматора, выход четвертого квадратора подключен к первому входу шестого блока сравнения, соеди fO ненного выходом через четвертый мае- штабирующий блок с первым входом четырнадцатого сумматора, подключенного выходом к первому входу четвертого блока деления, соединенного выходом 15 с первым входом восьмого блока умножения, выход которого подключен к пер вому входу пятнадцатого сумматора, вторые входы пятого и шестого блоков сравнения подключены к выходам соот- 20 ветственно восьмого и девятого блоков памяти, входы которых подключены к выходам соответственно одиннадцатого и четьфнадцатого сумматоров, вторые входы которых подключены соответст- 25 венно к выходам восьмого и девятого блоков памяти, второй вход двенадцатого сумматора подключен к выходу четырнадцатого сумматора, второй вход третьего блока деления подключен к 30 выходу одиннадцатого сумматора, второй вход четвертого блока делег- ия под ключен к выходу двенадцатого сумматора, выходы третьего и четвертого блоков деления подключены к первым вхоУстройство для адаптивной идентификации объекта по авт. ев, К 1177794, отличающееся тем, что, с целью повьшения точности идентификации, в него введены восьмойз5 Д соответственно пятого и шестого и девятый блоки памяти, пятый и шее- блоков умножения, к вторым входам ко- той блоки умножения, третий квадратор, пятый блок сравнения, третий масштабирующий блок, одиннадцатый

торых подключены соответственно выходы пятого и второго сумматоров, выходы пятого и шестого блоков умножения

сумматор, двенадцатый сумматор, тре- 40 подключены к вторым входам соответст- тий блок деления, седьмой блок умножения и тринадцатый сумматор, четвертый квадратор , шестой блок сравнения, четвертый масштабирующий блок, четырнадцатый сумматор, четвертый блок 45 деления, восьмой блок умножения и пятнадцатый сумматор, выход третьего квадратора подключен к первому входу пятого блока сравнения, соединенного выходом через третий масштабирующий 50 блок с первым входом одиннадцатого сумматора, который выходом подключен

венно пятнадцатого ,и тринадцатого сумматоров, вторые входы восьмого и седьмого блоков умножения подключены к выходам соответственно первого и шестого сумматоров, входы третьего и четвертого квадраторов подключены к третьим выходам соответственно первого и второго блоков расчета корректировок, выходы пятнадцатого и тринадцатого сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

056338

к первому входу двенадцатого сумматора, соединенного выходом с. первым входом третьего блока деления, подключенного выходом к первому входу с седьмого блока умножения, который выходом соединен с первьм входом тринадцатого сумматора, выход четвертого квадратора подключен к первому входу шестого блока сравнения, соеди- fO ненного выходом через четвертый мае- ; штабирующий блок с первым входом четырнадцатого сумматора, подключенного выходом к первому входу четвертого блока деления, соединенного выходом 15 с первым входом восьмого блока умножения, выход которого подключен к первому входу пятнадцатого сумматора, вторые входы пятого и шестого блоков сравнения подключены к выходам соот- 20 ветственно восьмого и девятого блоков памяти, входы которых подключены к выходам соответственно одиннадцатого и четьфнадцатого сумматоров, вторые входы которых подключены соответст- 25 венно к выходам восьмого и девятого блоков памяти, второй вход двенадцатого сумматора подключен к выходу четырнадцатого сумматора, второй вход третьего блока деления подключен к 30 выходу одиннадцатого сумматора, второй вход четвертого блока делег- ия подключен к выходу двенадцатого сумматора, выходы третьего и четвертого блоков деления подключены к первым вхоз5 Д соответственно пятого и шестого блоков умножения, к вторым входам ко-

Д соответственно пятого и шестого блоков умножения, к вторым входам ко-

торых подключены соответственно выходы пятого и второго сумматоров, выходы пятого и шестого блоков умножения

подключены к вторым входам соответст-

венно пятнадцатого ,и тринадцатого сумматоров, вторые входы восьмого и седьмого блоков умножения подключены к выходам соответственно первого и шестого сумматоров, входы третьего и четвертого квадраторов подключены к третьим выходам соответственно первого и второго блоков расчета корректировок, выходы пятнадцатого и тринадцатого сумматоров являются соответственно первым и вторым выходами устройства.

М klns

Фиг./

К(Ч

Устройство касается автоматического управления и регулирования и может быть использовано в системах автоматического управления объектами с переменными параметрами. Для того, ., чтобы повысить точность индентифика- ции в предлагаемое устройство введены восьмой 36 и девятый 37 блоки памяти, пятый 41 и шестой 44 блоки умножения, последовательно включеш ц третий квадратор 28,. пятый блок 30 сравнения, третий масштабируюп(ий блок 32, одиннадцатый сумматор 34, двенад- цатьш сумматор 38, третий блок 39 деления, седьмой блок 43 умножения и тринадцатый сумматор 46, последовательно соединенные четвертый квадратор , шестой блок 31 сравнения, чет вертый масштабирующий блок 33, четыр- р надцатый сумматор 35, четвертый блок 40 деления, восьмой блок 42 умножения и пятнадцатый сумматор 45. 4 ил. СЛ С 4) 4 го h,(() «utJ

Hi,OfnH.ed

BpeMf)jC,t

Редактор В.Петраш

Составитель А.Лащев

Техред Л.Сердюкова Корректор Т. Колб

Заказ 1426/44Тираж 864 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г, Ужгород, ул. Проектная, 4