Система автоматической оптимизации Советский патент 1987 года по МПК G05B13/00 

10

Изобретение относится х технической кибернетике и может быть использовано для поддержания оптимального состояния многомерных объектов управления с изменяющимися характеристк- ками.

Цель изобретения -- повышение точности системы автоматической оптимизации.

На фиг.1 представлена функциональная схема системы автоматической оп- тимизадии на фиг.2 - функциональная схема блока планирования зксперимен- та на фиг.З - функционалт ная схема g блока оптимизации; на фиг.. 4 - функциональная схема блока анализа точности модели; на фиг.З - функциональная схема командного блока.

Система содержит объект 1 управле- jo ния, датчики входных 2 и вькодньгх 3 переменных, первый 4 и второй 5 блоки памяти, блок 6 идентификации, блок 7 оптимизации, регулятор 8 входных переменных, командный блок 9., блГок 10 гшанирования эксперимента, блок 11 анализа точности модели. Блок планирования эксперимента содержит генера- ,тор 12 сигналов, блок 13-формирования сигналов, блок 14 памяти плана эк- сперт-1мента. Блок оптШ Шзации имеет блок 15 выборки и хранения,,, первьш арифметический блок 16, цифрозлало- говый преобразователь 17. Блок ана,аи-- за точности модели .содержит аналого- цифровой преобразователь 18,, второй арифметический блок 19, б.пок 20 формирования невязки, блок 2t сравнения, Командный блок имеет кнопку , первый элемент ИЛИ 23. реверсивный

05

,Q

40

счетчик 24, инвертор 25, первый 26 и второй 27 генераторы импульсов, второй элемент ЕПИ 28, трет™ 2 четвертый 30 и пятьй 31 генераторы импульсов,

Система автоматической оптими зации работает следутощтда образом.

При нажатии кнопки 22 Пуск в командном блоке 9 положительный иьшульс поступает на вход реверсивного счет-- чика 21- который задает количество импульсов,, вырабатываемых первым 26 и вторым 27 генератора 1и импульсов, Пока количество j-гмпульсов меньше .заданного числа на выходе, реверсивного счетчика 24 устанавливается логическая единица, а на выходе игнвертора 25 - логический ноль. 3 этом случае третий 29, четвертый 30 и 31

0

g

o

г енераторы импульссгт не формируют. Как только количество импульсов,сформированных первым 26 и вторым 27 генераторами импульсов, достигает требуемого числа,, на выходе реверсивного счетчика 24 будет сформирован логический ноль, отключающий первый 26 и второй 27 генераторы импульсов, а на выходе инверторг 25 - логическая единшда, запускаюп1ая третий 29, четвертый 30 и пятый 31 генераторы импульсов, которые формируют импульсы до тех пор, гока нй второй вход первого элемента Ш1И 23 FIB поступает положительный №1пульс из блока 11 анализа точности модели. Тогда работа командного блока 9 повторяется в соответствии с приведеннььм вьопе опи- с аи нем.

ИлМпульсь считывания, формируемые первым генератором 26 импульсов, поступают в блок 10 п,пани-рования эксперимента на вход блока 14 памяти

5 плана эксперимента. В блоке 10 пла- нированизг эксиер -гмента формируются сигналы 1тробных воздействий, поступа- юшие на второй вход регулятора 8 входнь х переменных. Одновременно втоQ рой гене ;1атор 27 импульсов формирует ммпульсы записи, поступаюиие в первый

4и второй 5 блоки памяти,, Первый 4 и второй 5 блоки представляют собой устройства стаковой памяти,

Б которых при поступ,пении импульсов записи с командного блока 9 происхо- дг5т сдвиг ранее записанчсг информации и запись новой информации на освободившееся место. Они могут быть реализованы на регистрах пос,педовательной записи.

Таким образом, в первом 4 и втором

5блоках памяти осу1Ц(2ствляется накопление матриц входных и вьгеодных воздействий соотзетственно,. Р1мпульсы считыван} Яэ выpaбaтl) первым ге- KepaTopoiv. 26 импульсов, и импульсы записи,, (юрмируемые вторьп- ; генератором 27 i-EKпульсОВ; черед тотся друг с другом5 причем им:пульсы записи следуют sa импульсами считывания с задержкой, превышающей длнте.пьность пере-, ходных процессов в объекте 1 правле- нмя и в регуляторе 8 входных перемен- ньк. После .чфова,н11я первым 26 и вторым 27 генераторами импульсов требуемого числа ) 1пульсов. задаваемого

в peвepcивнo f счетчяке 24, первый 26 и Итерой 27 генераторы 1ть пульсов от0

5

0

5

ключаются, и включаются третий 29, четвертый 30, и пятый 31 генераторы импульсов, формирующие импульсы, поступающие в блок 6 идентификации, в блок 7 оптимизации, и в первый 4 и второй 5 блоки памяти соответственно. Третий генератор 29 импульсов формирует импульс, запускающий блок 6 идентификации, в котором осуществляется формирование коэффициентов S модели, заданной, например, для случая линейного объекта, имеющего N входов и М выходов, в виде N

Zs

ч л « - Y

т.

m 1,М.

В этом случае коэффициенты S модели определяются из М систем линейных алгебраических уравнений к

Yfc, k« ТТн, ,

btl

выходного сигнала модели Y и выхо ного сигнала объекта Y, поступаиоще с датчиков 3 выходных переменных че 25 рез аналого-цифровой преобразователь 18.

Сформированная величина квадрата среднеквадратичной погрешности срав нивается в блоке 21 сравнения с напорогового импульса:

«

Дм1

YM

в которой - элемент матрицы сигналов входных воздействий, У) - элемент матрицы сигналов выходных воздействий.

Четвертый генератор 30 импульсов формирует импульс, запускающий блок 7 оптимизации и следующий за импульсом .JQ перед заданным значением амплитуды формируемым третьим генератором 29 импульсов, с задержкой, равной времени формирования коэффициентов S модели в блоке 6 идентификации. Блок 7 оптимизации, используя коэффициенты S модели и сигналы с датчиков 3 выходных переменных, формирует оптимальные управляющие сигналы, воздействующие через регулятор 8 входных переменных на объект 1 управления. Так, например, если в качестве критерия оптимальности используется квадрат среднеквадратического отклонения сигналов

Z

35

40

Пятый генератор 31 импульсов фор мирует импульс записи, поступающий в первый 4 и второй 5 блоки памяти, и следующий за импульсом, формируем четвертым генератором 30 импульсов, с задержкой, равной времени формиро вания в блоке 7 оптимизации оптимал ных сигналов и длительности переход ных процессов в регуляторе 8 входны переменных и объекте 1 управления. Если записанные вьше условия вьтолн ются, то на выходе блока 11 анализа точности модели положительный импул не формируется, и продолжается рабо системы в режиме оптимизации, когда в соответствии с импульсами, формируемыми третьим 29, четвертым 30 и пятым 31 генераторами импульсов, в блоке 6 идентификации формируются новые коэффициенты S модели, в блок 7 оптимизации формируются новые опт мальные сигналы, -поступающие через регулятор 8 входных переменных на вход объекта 1 управления, в первом и втором 5 блоках памяти запоминают

М и

-III

Wsl h:i

М

,,

ВЫХОДНЫХ переменных Y объекта 1 управления от некоторьгх заданных сигналов YQ , то оптимальные управляющие сигналы могут быть определены из решения системы линейных уравнений

N М-

IlY,Smi,J 1,N.

Ix(I.s,s.)

n:1 №r

Первьй арифметический блок 16, используя коэффициенты S модели, сформированные в блоке 6 идентификации, и сигналы с датчиков 3 выходных пере

менных, формируемые блоком 15 выборки и хранения, синхронизируемые имруль- ,сами, поступающими из четвертого генератора 30 импульсов, формирует оптимальные сигналы управления.

Блок 11 анализа точности модели по поступающим на его входы сигналам с датчиков 2 в coдныx переменных Х. и коэффициентам S модели, поступающим из блока 6 идентификации, формирует во втором арифметическом блоке 19 выходные переменные модели f«

V

m -

и формирует Б блоке 20 формирования невязки квадрат среднеквадратичной погрешности м

11.- Y

(Mil

(Ml

выходного сигнала модели Y и выходного сигнала объекта Y, поступаиощего с датчиков 3 выходных переменных че- рез аналого-цифровой преобразователь 18.

Сформированная величина квадрата среднеквадратичной погрешности сравнивается в блоке 21 сравнения с наперед заданным значением амплитуды

порогового импульса:

«

Дм1

YM

ед заданным значением

Z

перед заданным значением амплитуды

Пятый генератор 31 импульсов формирует импульс записи, поступающий в первый 4 и второй 5 блоки памяти, и следующий за импульсом, формируемым четвертым генератором 30 импульсов, с задержкой, равной времени формирования в блоке 7 оптимизации оптимальных сигналов и длительности переходных процессов в регуляторе 8 входных переменных и объекте 1 управления. Если записанные вьше условия вьтолня- ются, то на выходе блока 11 анализа точности модели положительный импульс не формируется, и продолжается работа системы в режиме оптимизации, когда в соответствии с импульсами, формируемыми третьим 29, четвертым 30 и пятым 31 генераторами импульсов, в блоке 6 идентификации формируются новые коэффициенты S модели, в блоке 7 оптимизации формируются новые оптимальные сигналы, -поступающие через регулятор 8 входных переменных на вход объекта 1 управления, в первом 4 и втором 5 блоках памяти запоминаются

513

оптимальные сигналы, поступанлцие с: датчиков 2 входных переменных, и налы с датчиков 3 выходных переменных соответственно. И так продолжается до тех пор, пока условие не нарушится,, Тогда на выходе блока 11 анализа точности модели формируется положительный импульс, поступающий в командный блок.9 на второй вход первого элемента ШТИ 23. Тем самым на выходе реверсивного счетчика 24 формируется логическая единица, запускающая первьй 26 и второй 27 генераторы импульсов и отключающая третий 29, четвертый 30 и пятый 31 генераторы импульсов. ТаКИМ образом, система перек. иочается v режим накопления информации и идентификации, и работа ее снова начинается в соответствии с приведенным выше описанием.

Таким образом, при работе предлагаемой системы автоматической оптимизации в режиме оптимизации наряду с формированием оптимальных сигн алов осуществляется уточнение модели объ- екта. управления, при этом вместо пробных сигналов используются оптимальные сигналы, формируемые в блоке оптимизации. Уточнение модели объекта в режиме оптимизации приводит к по- вышению точности системы автоматической оптимизации. Кроме того, блок анализа точности модели осутцествляет переход от режима оптимизации к режиму накопления данных и идентификации лишь тогда, когда произотпо резкое; изменение характеристик объекта или модель управления не удовпетворяет критерию точности.

Формула изобретения

1. Сист1ема автоматической оптимизации, содержащая датчики входных переменных, соединенные входами с вхо- дами объекта управления, а выходами - с первыми входами первого блока памяти, выход которого подк.пючен к первому входу блока идентифи г.ации, соединенного выходом с первьпч входом блока оптимизации, выход которого подключен к первому входу регулятора входных переменных, соединенного выходом с входами объекта управления,

056

датчики выходных переменных, соединенные входами с выходами объекта уп- равпения, а выходами - с первыми входами второго блока памяти, выход ко:торого подключен к второму входу блока идентификации, командный блок, соединенный первьгм выходом через блок планирования эксперимента с вто- рьот входом регулятора входных переменных, а вторым выходом - с вторыми входами первого и второго блоков памяти, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности системы автоматической оптимизации, введен блок анализа точности модели, первый вход которого соединен с выходом блока и.центификации, а второй и третий входы - с выходами датчиков входных переменных, второй вход блока оптимизации подключен к третьему выходу командного блока, а третий вход - к первым входам второго блока памяти и четвёртому входу блока анализа точности модели, соединенного Бьжодом с входом командного блока, третий вход блока идентификации под- клк1чен к четвертому выходу командного блока.

2. Система попЛдОТЛичаю- щ а я с я тем, что командный блок содержит первый и второй злементы ИЛр, реверсивный счетчик, инвертор, первый, второй, третий, четвертый и пятьм генераторы импульсов и кнопку Пуск, соединеннуъо с первым входом первого элемента И.ПИ, второй вход которого является входом командного блока, 3- выход подключен к входу реверсивного счетчика, соединенного вы- ходом через первый генератор импульсов со счетныч входом реверсивного счетчика и первым выходом командного блока, через второй генератор импульсов - с первым входом второго элемента ИЛИ, через инвертор - с входами третьего, четвертого, пятого генераторов импульсов, выход пятого генератора импульсов соединен с вторым входом второго элемента ШТИ, выход которого является вторым выходом, а выходы третьего и четвертого генераторов импульсов соответственно - четвертым к третьим выходами командного блока,

Фиг. 2

Редактор Е.Папп

Фив.5

Составитель В.Башкиров

Техред Л.Сердюкова Корректор Л.Пнлипекко

Заказ 3106/41Тир аж 863Подписное

ВНИИГО 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

Фиг. 3

ФигМ

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано для поддержания оптимального состояния многомерных объектов управления с изменяющимися характеристиками. Цель изобретения - повышение точности системы автоматической оптимизации. Система автоматической оптимизации содержит объект 1 управления, датчики входных 2 и выходных 3 переменных, первый 4 и второй 5 блоки памяти, блок 6 идентификации, блок 7 оптимизации, регулятор 8 входных переменных, командный блок 9, блок 10 планирования эксперимента, блок 11 анализа точности модели. Цель изобретения достигается за счет введения блока 11 анализа точности модели. 1 3,п. ф-лы, 5 ил. (/) СлЭ 1C У1 42) О ел