Система автоматической оптимизации Советский патент 1974 года по МПК G05B13/00 

1

Изобретение относится к технической кибернетике и предназначено для автоматического определения модели и поддержания оптимального режима работы многомерных объектов управления с меняющимися или неизвестными характеристиками.

Известные системы автоматической оптимизации, содержащие командный блок и датчики входных и выходных переменных объекта, соединенные с блоками памяти, выходы которых подключены к блоку идентификации, связанному через блок оптимизации с регулятором входных переменных, обладают недостаточно высокой точностью и быстродействием.

Для повыщения точности и быстродействия в предлагаемой системе установлены соединенный с датчиком выходных переменных анализатор выхода объекта, подключенные к нему последовательно соединенные блок планирования эксперимента и блок уменьшения щага планирования, подключенный к входу регулятора, и соединенный с выходом блока идентификации блок контроля идентификации, подключенный к входам блока оптимизации, блока планирования эксперимента и командного блока, выход которого связан с входом блока планирования эксперимента, а второй вход - с анализатором выхода объекта.

На чертеже изображена функциональная схема предлагаемой системы.

Устройство содержит объект 1 управления, датчики 2 входных и выходных переменных объекта управления; блоки 3 и 4 памяти; блок 5 идентификации; блок 6 оптимизации; регулятор 7 входных переменных; командный блок 8; блок 9 контроля идентификации; анализатор 10 выхода объекта; блок 11 планирования эксперимента; блок 12 уменьшения шага планирования.

Входные и выходные переменные объекта управления 1 с помощью датчиков 2 преобразуются во входные и выходные сигналы, которые накапливаются соответственно в блоках 3 и 4 памяти. Блок 5 идентификации по накопленным массивам X и w этих сигналов формирует модель объекта управления, связывающую регулирующие г и возмущающие Z воздействия с выходными переменными объектами, в частности с показателем эффективности управления. Блок 6 оптимизации использует эту модель, в том числе определенные блоком 5 ее параметры s, для выработки установок г/г па регулятор 7, управляющий объектом. Командный блок 8 переводит систему с режима идентификации на режим оптимизации и обратно.

Блок 9 контроля идентификации произво дит анализ значимости полученной модели, т. е. ее пригодности для оптимизации управлепия объектом. Критерий значимости модели определяется спецификой объекта управления и может быть получен в результате его предварительных исследований. Например, он может состоять в том, чтобы некоторая норма коэффициентов модели превышала заданную величину.

Анализатор 10 выхода объекта предназначен для определения величины цлага, которая соответствует условному экстремуму показателя эффективности е при изменении установок г/,- регулятора в процессе оптимизации.

Блок 11 планирования эксперимента формирует активные воздействия г/ на объект управления при накоплении исходных данных для идентификации, а блок 12 уменьшения шага планирования уменьшает амплитуду этих воздействий.

Работа системы автоматической оптимизации состоит в поочередной смене этапов накопления информации, идентификации и оптимизации, что ведет к постепенному определению таких уставок t/,, которые соответствуют экстремуму показателя эффективности управления, а также к корректировке этих значений по мере изменения характеристик объекта управления.

В исходном состоянии на вход регулятора поступают сигналы i/o, соответствуюш,ие начальным значениям уставок. На выходе объекта при этом получается некоторое, в обпхем случае неоптимальное, значение ео показателя эффективности управления.

Работа системы начинается с накопления в блоках 3 и 4 матрицы входных воздействий X 11д:гз11™7г и вектора w ||ш|| „. При этом используют как естественные изменения входных переменных, так и искусственные, вызванные активными воздействиями блоков 11 и 12 в соответствии с матрицей полного факторного эксперимента или его дробных реплик.

По окончании накопления X п w блок 5 определяет коэффициенты s llSjU m модели, заданной, например, в виде

т

I,J

,Х

J

ИЗ системы уравнений

..

Блок 9 производит проверку значимости модели, например проверку неравенства

, 1,..., m; задано.

Если неравенство выполняется, полученные коэффициенты модели могут быть использованы для шага оптимизации, т. е. для определения новых уставок

./1 Уо - чВеличина К определяется в результате совместной работы блоков 6 и 10: по мере увеличения параметра К блоком 6 блок 10 производит анализ разности значений показателя эффективности управления в текуший момент и в предшествуюш,ий, и как только знак этой разности изменится на обратный, увеличение л, прекращается. Полученное значение этого параметра соответствует условному экстремуму е при данных параметрах модели. Одновременно анализатор 10 выхода выдает сигналы на блоки 8 и 1.1, тем самым заканчивая шаг оптимизации и начиная новый этап накопления с последующей идентификацией

и оптимизацией в окрестности полученного режима г/1.

По мере приближения к оптимальному режиму для увеличения точности системы автоматической оптимизации блок 12 уменьшения шагов планирования снижает амнлитуду искусственных воздействий на объект. В пределе она молсет быть уменьшена до нуля, что означает замену активного эксперимента пассивным.

Если полученная в блоке 5 модель оказывается незначимой (не выполняется соответствуюшее неравенство), блок 9 контроля идентификации выдает сигналы на блоки 8 и 11 для продолжения процесса накопления и повторной идентификации. Этим исключаются ложные движения вблизи оптимума.

Предмет изобретения

Система автоматической оптимизации, содержащая командный блок и датчики входиых и выходных переменных объекта, соединенные с блоками памяти, выходы которых подключены к блоку идентификации, связанному через блок оптимизации с регулятором входных переменных, отличающаяся

тем, что, с целью повышения точности и быстродействия системы, в ней установлены соединенный с датчиком выходных переменных анализатор выхода объекта, подключенные к нему последовательно соединенные блок планирования эксперимента и блок уменьшения щага планирования, подключенный к входу регулятора, и соединенный с выходом блока идентификации блок контроля идентификации, подключенный к входам блока оптимизации,

блока планирования эксперимента и командного блока, выход которого связан с входом блока планирования эксперимента, а второй вход - с анализатором выхода объекта.