Адаптивный идентификатор Советский патент 1991 года по МПК G05B23/00 

Изобретение относится к системам автоматического управления, в частности к устройствам идентификации стационарных и нестационарных объектов, и может найти применение при проектировании и испытаниях различных систем и объектов.

Цель изобретения - повышение эффективности индентификатора при оценивании параметров нестационарного объекта, подверженного воздействию помех.

Устройство реализует адаптивный алгоритм идентификации одновременного действия с экспоненциальным взвешиванием устаревшей информации, реализованный в предлагаемом устройстве При этом по ходу процесса идентификации как во взвешенном методе наименьших квадратов, так и в разработанном алгоритме минимизируется один и тот же критерий идентификации экспоненциально взвешенной суммы квадратов невязок между выходами объекта и настраиваемой модели. Однако поскольку предложенный алгоритм относится к процедурам идентификации со скалярным коэффициентом усиления, в нем нет операции обращения информационной матрицы, следовательно, невозможен и взрыв параметров. Кроме того, здесь возможно изменение параметра взвешивания во всем возможном интервале от 0 до 1.

Относительно объекта идентификации предполагается, что непрерывный объект идентификации описывается уравнением, приведенным к стандартной форме псевдолинейной регрессии

о XI о о

2

y(t) (t)x(t) + ft(t),

(1)

где у(т) - скалярный выход объекта в момент времени;

С - нестационарные неизвестные параметры объекта, подлежащие определению:

x(t) - вектор обобщенных входов объекта;

ш (t) - помеха с ограниченным вторым моментом;

t - непрерывное время.

В соответствие объекту ставится дискретная настраиваемая модель

уп Сп-1ТХп,(2)

где Сп-1 - вектор оценок параметров объекта.

На чертеже приведена функциональная схема предлагаемого адаптивного идентификатора для варианта многомерного объекта с m входами и одним выходом.

Адаптивный идентификатор содержат объект 1 идентификации с m входами и одним выходом, первый блок 2 умножения, первый сумматор 3, второй сумматор 4, блок 5 деления, третий сумматор 6, пятый блок 7 умножения, четвертый сумматор 8, первый квадратор 9. второй квадратор 10, блок 11 оперативной памяти, третий блок 12 умножения, четвертый блок 13 умножения, блок 14умножителей, второй блок 15 умножения, пятый сумматор 16, шестой двухвходовый сумматор 17 и пороговый элемент 18.

Адаптивный идентификатор работает следующим образом.

Входной сигнал хп подается одновременно на входы объекта 1 идентификации, первые входы первого блока 2 умножения, вторые входы третьего блока 12 умножения, входы четвертого блока 13 умножения. Выходной сигнал уп с выхода объекта 1 идентификации поступает на второй вход второго сумматора 4 и первый вход третьего блока 12 умножения. На выходе первого сумматора 3 присутствует значение вектора оценок параметров Сп-1. вычисленное на предыдущей итерации. Выход первого сумматора 3 замкнут и на собственный первый вход. В первом блоке 2 умножения вычисляется скалярное произведение yn Cn-i xn, которое подается на первый (вычитающий) вход второго сумматора 4, который вычисляет ошибку идентификации Vn УП - уп УП - -Сп-1Т хп, которая подается на вход первого квадратора 9, где вычисляется величина Vn . В третьем блоке 12 умножения вычисляется вектор упХп, а в четвертом блоке 13 умножения - векторное произведение хпхпт. Вычисленные значения Vn2, Упхп, хпхп подаются на первый, вторые и третьи входы четвертого сумматора 8. На четвертый, пятые и шестые входы четвертого сумматора 8

подаются сигналы с выходов блока 14. который реализует операцию умножения параметра дисконтирования а, значение которого записано в блоке 11 оперативной

памяти и подается на четвертый вход блока 14 умножителей, на значения сигналов, поступающих с выходов четвертого сумматора 8. В результате операции суммирования в четвертом сумматоре 8 на его первом, вторых и третьих выходах появляются сигналы, соответствующие Vn Vn + aVn-i2, rn ynxn + «Гп-1, Rn xnxnT + «Rn-i соответственно. Сигнал, соответствующий Rn, подается на вторые входы пятого блока 7

умножения, на первые входы которого с выхода устройства подаются предыдущие значения оценок Сп-1. В результате на выходе пятого блока 7 умножения появляется сигнал, соответствующий RnCn-1, который подается на первые (вычитающие) входы пятого сумматора 16. на вторые входы которого с вторых входов четвертого сумматора 8 подается сигнал, соответствующий гп. В результате на выходе пятого сумматора 16

появляется значение rn-RnCn-i, которое подается на входы второго квадратора 10 и вторые входы второго блока 15 умножения. Второй квадратор 10 вычисляет квадраты компонент вектора rn-RnCn-i, которые, складываясь в третьем сумматоре 6, образуют сигнал, соответствующий I |rn-RnCn-il I . В дальнейшем этот сигнал поступает на вход деления блока 5 деления, на входы делимого которого поступает сигнал с выхода второго блока 15 умножения. Первый вход второго блока 15 умножения соединен с первым выходом четвертого сумматора 8, откуда поступает сигнал Vn2, а вторые входы соединены с выходом пятого сумматора 16,

откуда поступает сигнал rn-RnCn-i. В результате шестой сумматор 17 вычисляет значение Vn2(rn-RnCn-i). После операции деления в блоке 5 деления появляется сигнал, который подается на вторые входы первого

сумматора 3, где складывается с предыдущим вектором оценок Сп-ь В результате операции сложения в первом сумматоре 3 на его выходе появляется уточненное значение вектора оценок

Сп Сп - 1 +

Уп 2 (гп - Rn Сп - 1 ) I I rn -RnCn -1 I I2

Значение вектора оценок Сп подается на информационные входы порогового элемента 18, который может находиться в двух состояниях: Открыто, если на его управляющий вход подается положительный потенциал, и Закрыто в противном случае.

Управляющий вход порогового элемента соединен с выходом шестого сумматора 17, в котором происходит сравнение требуемого значения параметра точности идентификации V и усредненного квадрата ошибки идентификации V, который поступает на первый вход шестого сумматора 17 с первого выхода четвертого сумматора 8, В том случае, если величина Vn не превышает требуемого значения точности V (V -Vn 0), пороговый элемент 18 открывается по управляющему входу и на его выходах, являющихся и выходом устройства в целом, появляются оценки Сп, удовлетворяющие требуемому показателю точности. В противном случае пороговый элемент 18 закрыт и на выходе устройства значения оценок Сп не появляются.

В исходном состоянии в блоке 11 оперативной памяти записано некоторое число

1, на выходах всех остальных блоков нули. На первой интеграции сигнал xi подается на входы объекта 1 идентификации, первые входы первого блока 2 умножения, вторые входы третьего блока 12 умножения, входы четвертого блока 13 умножения. Выходной сигнал объекта yi подается на второй вход второго сумматора 4 и первый вход третьего блока 12 умножения. В результате вычислений в этих блоках на их выходах появляются следующие сигналы: первый блок 2 умножения yi C0T xt 0; второй сумматор 4 Vi yi - yi yi; первый квадратор 9 Vi yi ; третий блок 12 умножения yixi; четвертый блок 13 умножения xixi . Сигналы Vi , , хш подаются на первый - третьи входы четвертого сумматора 8, однако поскольку в исходном состоянии на его выходах, а также выходах блока умножителей 14 присутствовали нули, эти сигналы, складываясь с нулями, дают на выходе значения , , Ri хш1. Сигнал Ri поступает на вторые входы блока 7 умножения, где производится операция умножения RiC0 xixir 0. Этот нуль поступает на первые входы пятого сумматора 16, на вторые входы которого поступает сигнал П. В результате на выходах пятого сумматора 16 появляется сигнал n-RiCo ri. который подается на вторые входы второго блока 15 умножения и входы второго квадратора 10. Проходя через второй квадратор 10 и третий сумматор б, он преобразуется в сигнал

1I П - RiCo I I I I п I I и подается на вход делителя блока 5 деления. Во втором блоке 15 умножения производится операция умножения сигнала п на значение Vi2, в результате которой на входы делимого блока 5 деления подается сигнал Vi2(n- -RoCo) Vi2n. В результате операции деления на выходе блока 5 деления появляется сигнал Vi п/ i I п | | . Этот сигнал подается на вторые входы первого сумматора 3, где производился умножение оценки парамет- ров

г , vV(n -Ri Со) Vi2n Со -

Ri С0

П II

2

- 2

Кроме того, вычисленный сигнал Vi с выхода четвертого сумматора 8 поступает на первый вход шестого сумматора 17, на втором входе которого постоянно присутствует сигнал, соответствующий требуемому значению точности идентификации V. В результате операции вычитания в шестом сумматоре 17 на его выходе появляется сигнал . Этот сигнал подается на управляющие входы порогового элемента 18. Если разность положительна, пороговый элемент 18 открывается и оценки Ci, поступающие с выхода первого сумматора 3 на информационные входы порогового элемента, проходят на выход устройства. В противном случае ( 0) пороговый элемент 18 закрыт и на выходе устройства сигнал не появляется. На этом первая итерация работы идентификатора заканчиваетсяВторая итерация начинается после поступления на входы объекта 1 идентификации: первого блока 2 умножения, третьего блока 12 умножения, четвертого блока 13

умножения, четвертого блока 13 умножения наблюдения Х2, и появления на выходе объекта 1 идентификации и входах второго сумматора 4 и третьего блока 12 умножения отклика у2. При этом соответствующие блоки производят следующие операции: первый блок 2 умножения у2 Ci X2. второй сумматор 4 V2 у2 - У2; первый квадратор 9 V2 ; третий блок 12 умножения у2Х2; четвертый блок 13 умножения Х2Х2 . Эти сигналы

поступают на первый, вторые и третьи входы четвертого сумматора 8. К этому моменту времени сигналы с выходов четвертого сумматора 8 (Vi , Ci, Ri), будучи умноженными в пятом блоке 14 умножения на значение

а , подаваемое с выхода блока 11 оперативной памяти на четвертый вход блока 14 умножителей, поданы на четвертый - шестые входы четвертого сумматора 8. В результате операции сложения на выходах сумматора

8 ПОЯВЛЯЮТСЯ сигналы V2 V2 , Г2

У2Х2 + агп, R2 Х2Х2Т + a RI. Далее пятый блок 7 умножения вычисляет значения R2Ci: пятый сумматор 16 r2 R2Ci; второй квадратор 10 и третий сумматор 6 I lr2-R2C2l I2: второй блок 15умножения V2 (r2-R2Ci): блок

V2 2 ( г2 5 деления

после чего

г; - R2 Ci

этот сигнал поступает на вторые входы первого сумматора 3, на первых входах которого уже присутствуют значения Ci. В результате операции сложения на выходе устройства появляется уточненное значение

II r2-R2Ci M2

В шестом сумматоре 17 вычисляется значение и в зависимости от его знака происходит открывание или закрывание порогового элемента 18. Если оценки С2 удовлетворяют требуемой точности, они появляются на выходе устройства. На этом вторая итерация заканчивается. В дальнейшем все итерации происходят аналогично второй по мере поступления новых наблюдений.

Преимущество предлагаемого адаптивного идентификатора по сравнению с прототипом состоит в том,что он обеспечивает высокую точность идентификации нестационарных объектов, подверженных воздействию помех, и обладает более широкими функциональными возможностями, поскольку реализует многошаговый адаптивный алгоритм идентификации с переменной глубиной памяти, что позволяет устанавливать компромисс между фильтрующими и следящими свойствами.

Формула изобретения

Адаптивный идентификатор, содержащий первый блок умножения, подключенный первой группой входов к входам объекта идентификации, второй группой входов - к группе выходов и первой группе входов первого сумматора, а выходом к первому входу второго сумматора, подключенного вторым входом к выходу обьекта идентификации, блок деления, соединенный входом деления с выходом третьего сумматора, четвертый сумматор, первый и второй квадраторы, блок оперативной памяти, второй,третий и четвертый блоки ум ножения, блок умножителей, отличающийся тем, что, с целью повышения эффективности процесса идентификации в условиях помех и нестэционарности обьекта идентификации, введены пятый и шестой

сумматоры, пороговый элемент и пятый блок умножения, пятый сумматор подключен первой группой входов к группе выходов пятого блока умножения, первая группа входов которого соединена с группой выходов первого сумматора и информационными входами порогового элемента, соединенного управляющим входом с выходом шестого сумматора, а вторая группа входов - с первой группой выходов четвертого сумматора, первый вход которого через первый квадратор подключен к выходу второго сумматора, первая группа входов четвертого сумматора подключена к группе выходов третьего блока умножения, вход которого соединен с выходом обьекта идентификации, а группа входов соединена с входами обьекта идентификации, вторая группа входов четвертого сумматора подключена к группе выходов четвертого блока

умножения, группа входов которого соединена с входами обьекта идентификации, второй вход, третья и четвертая группы входов четвертого сумматора подключены соответственно к первому выходу, первой и

второй группам выходов пятого блока умножения, первый вход которого соединен с выходом блока оперативной памяти, третий выход четвертого сумматора подключен к второму входу пятого блока умножения,

первому входу шестого сумматора, второй вход которого соединен с задатчиком требуемого значения параметра точности идентификации, и входу пятого блока умножения, группа выходов которого подключены к

группе входов делимого блока деления, подключенного группой выходов к второй группе входов первого сумматора, а группа входов пятого блока умножения соединена с группой выходов пятого сумматора и через

второй квадратор с группой входов третьего сумматора, вторая группа выходов четвертого сумматора подключена к второй группе входов пятого сумматора и первой группе входов пятого блока умножения, первая

группа выходов четвертого сумматора подключена также к второй группе входов пятого блока умножения.

Изобретение относится к системам автоматического управления, в частности к устройствам идентификации стационарных и нестационарных объектов, и может найти применение при проектировании и испытаниях различных систем и объектов. Цель изобретения - повышение эффективности идентификатора при оценивании параметров нестационарного объекта, подверженного воздействию помех. Поставленная цель достигается тем, что в адаптивный идентификатор введены пятый и шестой сумматоры, пороговый элемент и пятый блок умножения, за счет чего появляется возможность обеспечить высокую точность идентификации нестационарных объектов, подверженных воздействию помех, поскольку реализуется многошаговый адаптивный алгоритм идентификации с переменной глубиной памяти, что позволяет устанавливать компромисс между фильтрующими и следящими свойствами. 1 ил.