Устройство для классификации управляющих ситуаций Советский патент 1992 года по МПК G06F9/00 G05B19/18 

Изобретение относится к автоматизированным системам и системам автоматического управления и может быть использовано при управлении сложными объектами преимущественно с дискретным характером технологического цикла, а также для решения задач распознавания и анализа данных объектов, ситуаций, процессов или явлений произвольной природы, описываемых конечными наборами признаков (симптомов, факторов).

Цель изобретения - расширение области применения устройства путем реализации возможности осуществления поиска классов толерантности текущих управляющих ситуаций для различных полносвязных пространств толерантности.

На фиг.1 изображена функциональная схема устройства для классификации управляющих ситуаций; на фиг.2- функциональное построение блока управления; на фиг.З - условная схема классификации; на фиг.4-6 - временные диаграммы работы устройства.

Устройство (фиг.1) содержит регистр 1 ввода, блоки 2i-2N элементов И, блока памяти, блоки 4г-4м сравнения, блоки 5i-5N памяти, счетчики бтбм адресов, блоки памяти, регистры 8i-8N вывода, элемент ИЛИ

9 на N входов, блок 10 управления и генератор 11 тактовых импульсов.

Блок управления (фиг.2) содержит первую группу N элементов И 12i-12N, элементов ИЛИ 131-13ы и вторую группу элементов И 14г-14м, вход 15, группу входов группы выходов и 18г-18м.

Пусть задано некоторое множество ситуаций по представлению сложного объекта наблюдения и определена на нем система подмножеств {Si, 82, ..., SN}, Sj€ S, J 1,N, которая образует покрытие множества S. Если существует хотя бы пара таких подмножеств Si и Sj, что при I Si A ,UfSj S, то подмножества Sj называются классами толерантности ситуаций SjT {Sj,i, Sj.2Sj.m}.

Представление классов толерантности SjT в виде характеристических (собственных) векторов для всего многообразия описываемых объектов и явлений определяется в общем случае видом толерантности, т.е. характером (особенностью) покрытия исходного множества S. Характер покрытия множества S зависит от вида (класса) структур (пространств толерантности), используемых для описания и представления исследуемой предметной области.

Одной из наиболее распространенных базовых структур толерантности (пространств толерантности) являются так называемые полносвязные структуры. Практическое приложение использования подобных структур, например для области информационно-вычислительных сетей, применяется при описании полносвязных структур по принципу каждый с каждым.

В качестве основной структуры представления пространств толерантности при классификации управляющих ситуаций в отличие от известного используют так называемые полносвязные структуры (пространства толерантности).

Для классов толерантности ST с полносвязной структурой для двумерного случая (фиг.З) представляется целесообразным выделить следующие классы толерантности ST

{ SJT , SJ,H-IT SiT N }.

Характеристическими векторами класса Sj называется пара векторов hj и gj (соответственно прямой и обратный), таких, что выполняются соотношения

hjTA St - hjT; hjTv St St; gjTA ST St; St gjT,

VSt6SjT

0)

где St - двоичный вектор t-й текущей ситуации класса Sj .

Характеристическими векторами класса Sj,j+iT называются векторы hj , hj-и и gjT, gj+iT такие, что выполняются соотношения

5 ( hj+iI)ASt ((hj4-iT): (hjTA )v$t $,; (Ш л gj+1 )ASt - St; (gj A gj+iT)vSt - (gjTA g}+f),

т

10 где St- двоичный векторt-й ситуации класса Sj.J+iT

Характеристическими векторами класса

Si ... N называются векторы hi1пыт и

gi , ..., QNT такие, что выполняются соотно15 шения

Оитл...лКг/)Л5| (Н1Тл AhNT):(hiT/ AhNT)vSt St: (giT/ .. AgNT)ASt St; (giTA ..AgisTjVSt- (91 л -Лдм ),

20(з;

где St двоичный вектор t-й ситуации класса SiT...N

Условие принадлежности ситуации St к соответствующему классу толерантности ST с целью идентификации истинного состояния в общем случае описывается следующим логическим выражением:

StA(h TVgjVhjT:j

M(hjTv g Oij-H v gj+i ) hj л hj+i ;

tA(hiTV giT)A-MhNTV hNT) hiTAh2TA ... AhNT.

(4)

Условие (4) с учетом предлагаемого алгоритма поиска классов толерантности текущих управляющих ситуаций для полносвязных структур может быть реализовано следующим образом.

Ситуация St принадлежит классу SjT, j 1 ,N в том случае (фиг.4), если код ситуации St имеет единицы во всех разрядах, в которых единицы имеет hjT, и не имеет единиц во всех тех разрядах, в которых единицы имеет QJ .

Ситуация St принадлежит классу SJ,J+IT в том случае (фиг.5), если код ситуации St

имеет единицы во всех разрядах, в которых единицы имеет hj и hj+i , и не имеет единиц во всех тех разрядах, в которых единицы имеет gjT и gj+iT, т.е. SJ,J+IT SjTft Sj+1 .

Ситуация St принадлежит классу Si .... tJ в том случае (фиг.6), если код ситуации St имеет единицы во всех разрядах, в которых единицы имеет hi7, h2T, .... пы , и не имеет единиц во всех тех разрядах, в которых единицы имеет giT, 02 дмт, т.е. Si,. . N siTns2Tn...nsNr.

Если для любой пары классов S/i Sj, Ј выполняется пТлпТ hi или

9уТ т° класс ситуации может быть однозначно определен из условия (4), без последовательного просмотра всех ситуаций.

Устройство работает следующим образом.

Двоичный вектор (код ситуации St) от объекта классификации, например, с группы двоичных датчиков, установленных на объекте, поступает на информационные входы регистра 1 ввода. В момент окончания поиска предыдущего класса ситуации St на входах 1б1-16ы (или одном из них) блока 10 управления появляется сигнал с уровнем логической единицы с блоков (или одного из них) сравнения, открывающий элемент И 121-12N (или один из них) в блоке управления. По заднему фронту очередного импульса от генератора 11 происходит запись кода оцененной (идентифицированной) ситуации St с блоков TI-TN (или одного из них) памяти в регистры вывода (или одного из них) и кода текущей ситуации St в регистр 1 ввода. Если класс кода текущей ситуации совпадает с классом кода ситуации, записанной на предыдущем такте, то с блоков сравнения (или одного из них) по-прежнему поступает сигнал с уровнем логической единицы, и процесс повторяется, пока не изменится класс текущей ситуации. Все это время в регистрах 8i-8N вывода (или одном из них) сохраняется прежний код оцененной ситуации.

При изменении кода текущей ситуации, меняющего класс-ситуации, снимается логическая единица с входов 161-16N (или одного из них) блока 10, запираются элементы И 12i-12i i (или один из них), прекращая запись информации в регистр 1 ввода и регистры вывода (или один из них), а по заднему фронту сигнала на выходах 17i- 17м (или одном из них) блока 10, формируе- м ых элементами ИЛИ и элементами И -14т-14м (или одним из них), наращивается на единицу содержимое счетчиков б1-бы (или одного из них). Далее по заднему фронту импульсов генератора 11, поступающих через элементы И 14г-14м (или одного из них) на выходы 17i-1 N (или один из них) блока 10, содержимое счетчиков (или одного из них) адресов продолжает наращиваться, обеспечивая последовательную выборку информации из блоков SI-SN, Si-Зы и 7i-7w памяти (или некоторых класса SJT выбирается

0

и код оцененной ситуации SJT соответственно. Аналогично в случае ситуации класса Sjj+1, j 1.N из блоков 5j, бн-i, 3j, 3j+i и 7j, 7j+i памяти выбираются векторы hi , Им , векторы fjT (hjV gjT), fH-iT.3 (hi+1 Vgj-M ) и код оцененной ситуации Sj л Sj соответственно. И, наконец, в случае ситуации класса

Si NT из блоков 5Н5м, и 7i-7w

памяти выбираются векторы hi ,..., пмт, векторы f IT, ...Лмт и коды оцененной ситуации Si Л ... л SN соответственно. Вектор fj (или fi , f2T, ...) поразрядно умножается на вектор текущей ситуации St в блоке 4 (или 4i, 42,...) сравнения, где происходит сравнение 5 полученного вектора с вектором hj (или hi , h2T, ...),т.е. определение (идентификация) класса ситуации в соответствии с выражением (3).

Счетчики адресов работают цик- 0 лически, обеспечивая последовательную

выборку всех векторов hiTпмт. векторов

fiTfNTH всех кодов ситуаций SiT...., SNT.

При совпадении вектора St Л (tj v gj ) с вектором hjT на выходе блока 4j сравнения формируется сигнал с уровнем логической единицы, который разрешает запись кода ситуации SjT в регистр 8j вывода и запись кода новой ситуации St в регистр t ввода. После этого процесс повторяется.

Временные диаграммы, поясняющие работу устройства при различных вариантах, т.е. при отнесении анализируемой текущей ситуации St к классам толерантности S , приведены соответственно на фиг.4-6.

Быстродействие устройства определяется временам запаздывания команды t3an.

{taanitaan.N}, которое является величиной переменной. Предельное быстродействие устройства ограничивается задержками Ац - AtN ( Ati - ДТм), обусловленными распространениям сигналов в блоках 2г-2м, 31-Зм, 4i-4w и 5i-5w и ограничивающих частоту генератора 11 импульсов.

Настройка предлагаемого устройства на конкретную предметную область классификации осуществляется заданием для каждой ситуации St, встречающейся при описании объекта классификации, своего кода (идентификатора) ситуации. Эти коды не записываются в память непосредственно, а группируются в классы толерантности St в соответствии с принятой схемой классификации. Для каждой группы (класса) ситуаций вычисляются характеристические векторы

hjV-ASjW- J-ljlт -т - т

0ЧТЛ ИНТ) л (S/Vi SJHT); (д,тл gj+iT) -AfS/Vs i7):

)(hiTA ...AhNT)-(s,Tn...nSNT):(giT -Лд/)-Л(§1тг, ).

V

5

0

5

0

5

0

5

При этом для сложных объектов классификации могут появиться два неразличимых класса S/ и , имеющих одинаковые характеристические векторы. В таком случае следует разделить один из классов на два, например STT и 5г , группируя ситуации таким образом, чтобы обеспечить несовпадение характеристических векторов класса (при этом возможно дублирование кода си; туации . Если все классы Sj , j 1,N различимы, то информация о соответствующих каждому классу векторах hj , fj и соответствующих кодах ситуаций Sj заносится в адреса соответственно блоков 5г-5м, Зч-Зм и 1-7м памяти. После этого устройство готово к работе.

Ф о р м у л а и з о б р е т е н и я 1. Устройство для классификации управляющих ситуаций, содержащее регистр ввода, информационный вход которого является входом устройства, а выход соединен с первым входом первого блока элементов И, выход которого соединен с первым входом первого блока сравнения, второй вход которого соединен с выходом первого блока памяти, а выход соединен с первым тактирующим входом блока управления, вход синхронизации которого соединен с выходом генератора тактовых импульсов, второй блок памяти, выход которого соединен с вторым входом первого блока элементов И, первый регистр вывода, третий блок памяти, выход которого соединен с информационным входом первого регистра вывода, выход которого является первым выходом устройства, первый счетчик адресов, выход которого соединен с адресными входами первого, второго и третьего блоков памяти, счетный вход счетчика адресов соединен с первым выходом первой группы блока управления, отлича ющееся тем, что, с целью расширения области применения устройства за счет реализации возможности осуществления поиска классов 1 толерантности текущих управляющих ситу

5

аций для различных полносвязных пространств толерантности, в него введены N-1 блоков элементов И, три группы из N-1 блоков памяти, N-1 счетчиков адреса, N-1 регистров вывода и элемент ИЛИ, первый входы N-1 блоков элементов И соединены с выходом регистра ввода, вторые входы соединены с выходами N-1 блоков памяти первой группы, а выходы соединены с выходами N-1 блоков сравнения, вторые входы которых соединены с выходами N-1 блоков памяти второй группы, а выходы соединены соответственно с второго по N-й тактирующими входами блока управления, выходы N-1 блоков памяти третьей группы соединены с информационными входами N-1 регистров вывода, выходы которых являются соответственно с второго по N-й выходами устройства, адресные входы N-1 блоков памяти с первой по третью группы подключены к выходам N-1 счетчиков адресов, счетные входы которых соединены соответственно с второго по N-й выходами первой группы блока управления, тактовые входы всех регистров вывода соединены соответственно с первого по N-й выходами второй группы блока управления и с первого по N-й входами элемента ИЛИ, выход которого соединен с тактовым входом регистра ввода. 2. Устройство по п.1, о т л и ч а ю щ е е- с я тем, что блок управления содержит N элементов ИЛИ и две группы из N элементов И, причем вход синхронизации блока управления подключена первым входам N элементов ИЛИ и N элементов И первой и второй групп, а N тактирующих входов - соответственно к вторым входам N элементов И первой группы и N элементов ИЛИ, выходы N элементов ИЛИ подключены соответственно к вторым входам N элементов И 0 второй группы, выходы которых являются N выходами первой группы блока управления, а выходы N элементов И второй группы являются N выходами второй группы блока управления.

5

0

5

te.

V

Фиг.1

L. ..

1

Изобретение относится к автоматизированным системам и системам автоматического управления и может быть использовано при управлении сложными объектами преимущественно с дискретным характером технологического цикла, а также для решения задач распознавания и анализа данных объектов, ситуаций, процессов или явлений произвольной природы, описываемых конечными наборами признаков (симптомов, факторов). Цель изобретения - расширение области применения устройства за счет реализации возможности осуществления поиска классов толерантности текущих управляющих ситуаций для различных полносвязных пространств (структур) толерантности. Устройство содержит регистр ввода, N регистров вывода, N блоков элементов И, N блоков сравнения, три группы из N блоков памяти, N счетчиков адресов, генератор тактовых импульсов, элемент ИЛИ и блок управления. Устройство осуществляет поиск классов толерантности текущих управляющих ситуаций для различных полносвязных структур (пространств толерантности) по характеристическим векторам классов, последовательности извлекаемым из блоков памяти, и выдает на выходе код команды ситуации, соответствующей найденному классу, что позволяет достичь поставленной цели. 1 з.п. ф-лы, 6 ил. сл

®

«

(x.

&T

Фиг. 3

Фмг.2

5),T

pi,2

КО

$т

%...,«

Т

i,2

Фиг. 4

it M

ч

/7Х

Фиг, 5

t

s,f

N 18,