Оптимизатор Советский патент 1976 года по МПК G05B13/00 

1

Изобретение относится к устройствам для оптимальной настройки параметров систем автоматического управления и нахождения экстремума функции нескольких переменных, изменяющихся во времени, и может найти применение в технике автоматического регулирования, в частности в практике поисковых самонастраивающихся систем и систем автоматической экстремальной адаптации.

Известен оптимизатор, содержащий генератор случайных чисел, подключенный к блоку управления, блок вычисления приращения функции качества, первый сумматор, входы которого подключены к выходам первого квадратора, второй сумматор, входы которого подключены к выходам второго квадратора, первый делитель, одним входом соединенный с блоком вычисления приращения функции качества, другим - с выходом первого сумматора, а выходом - с ограничителем, и цепи настройки, каждая из которых содержит блок с переменным коэффициентом передачи, первый блок умножения, вход которого подключен ко входу соответствующего первого квадратора и выходу ограничителя, второй блок умножения, один вход которого подключен к выходу второго делителя, другой - ко входу соответствующего второго квадратора, первый и второй блоки задержки. Известный оптимизатор не позволяет обеспечить необходимои надежности, так как при использовании его в целях многоканальной оптимизации является необходимым наличие генератора случайных чисел и всех функциональных узлов функциональных преобразователей в каждом канале настройки. Генераторы случайных чисел и функциональные преобразователи являются основными и наиболее сложными элементами оптимизатора, увеличение их числа,

0 пропорционального числу каналов настройки, приводят к усложнению схемы оптимизатора, что в свою очередь снижает надежность.

С целью повышения надежности работы описываемый оптимизатор содержит распре5делитель, вход которого подключен к выходу генератора случайных чисел, а выход - ко входам вторых делителей цепей настройки, каждый блок задержки которых подключен своим входом к выходу соответствующего блока умножения, а выходом - ко в.ходу сумматора канала настройки, при этом выход первого блока задержки подключен к суммирующему входу первого блока умножения через блок с переменным коэффициентом передачи и ко входу выпрямителя - непосредственно, управляющие входы блоков задержки и распределителя подключены к блоку управления, а выход сумматора канала настройки подключен ко входу первого квадратора. При этом блоки задержки выполнены в виде двух

связанных последовательно элементов «памяти.

На чертеже представлена блок-схема устройства и приняты обозначения: 1 - первый квадратор; 2 - второй квадратор; 3 - первый сумматор; 4 - второй сумматор; 5 - генератор случайных чисел; 6 - распределитель (случайных чисел); 7 - блок вычисления приращения функции качества; 8 - ограничитель; 9 - первый делитель; 10 - второй делитель; И - первый блок умножения; 12 - второй блок умножения; 13 и 14 - элементы «памяти первого блока задержки; 15 и 16 - элементы «памяти второго блока задержки; 17 - первый блок задержки; 18 - второй блок задержки; 19 - выпрямитель; 20 - блок с переменным коэффициентом передачи; 21 - сумматор канала настройки; 22 - блок управления.

До начала каждого шага поиска экстремума функции качества системы в элементах «памяти 13 и 15 первого 17 и второго 18 блоков задержки содержится информация о детерминированном kj i-1 и случайном у f {i-1 шаге поиска, соответственно вычисленная на предыдущем шаге оптимизации. В блоке вычисления приращения функции качества 7 запоминается значение функции качества Q, поступившее на этот блок от анализатора качества оптимизируемой системы на предыдущем шаге поиска, а в выходных регистрах распределителя (случайных чисел) 6 - случайные числа, поступившие от генератора случайных чисел 5.

С приходом нового значения функции качества Q на блок вычисления приращения функции качества 7 и импульса «Запуск на блок управления 22 от анализатора качества оптимизируемой системы блок управления 22 своим импульсом управления переписывает в элементы «памяти 14 и 16 первого 17 и второго 18 блоков задержки информацию о детерминированном It-1 и случайном г/у i-1 шаге поиска, записанную в элементах «памяти 13 и 15 соответственно. Одновременно с этим в блоке вычисления приращения функции качества 7 вычисляется новое значение приращения функции качества - - которое подается на вход первого делителя 9, и входные регистры распределителя (случайных чисел) 6 сбрасываются в состояние «ноль.

Информация Kj i-1 подается на один из входов сумматора канала настройки 21, на вход блока с переменным коэффициентом передачи 20 и на один из входов выпрямителя 19, на другой вход которого подается постоянное (регулируемое в некоторых пределах) напряжение Т). На другой вход сумматора канала настройки 21 поступает значение случайного шага поиска г/у с элемента «памяти 16 второго блока задержки 18. Результат суммирования значений Яу i-1 и уу f-1 на сумматоре канала настройки 21, как новое значение приращения оптимизируемого параметра Ал; у i поступает на оптимизируемую систему и на один из входов первого квадратора 1, на другие входы которого подаются новые значения приращений оптимизируемых параметров Дл:„ i, вычисленные в других каналах настройки. Одновременно с этим в блоке с переменным коэффициентом передачи 20 происходит «забывание значения ,у i-1 на величину е(е 1), и значение Kj i-IJs нодается на «суммирующий вход первого блока умножения 11, а выпрямленное на выпрямителе 19 значение Ху i-1 складывается с величиной Т и подается на входы второго блока умножения 12 и второго квадратора 2. На другие входы второго квадратора 2 поступают значения Т + |А,„ с других каналов настройки.

Импульсом от блока управления 22 запускается генератор случайных чисел 5, который

записывает во входные регистры распределителя (случайных чисел) 6 случайные числа, предназначенные для последующего шага попска. Информация, поступившая с первого 1 и второго 2 квадраторов, суммируется соответственно на первом 3 и втором 4 сумматорах и подается на вход первого делителя 9 с первого сумматора 3 и на вход второго делителя 10 - со второго сумматора 4. На вход второго делителя 10 подается соответственно случайные

числа, записапные в выходных регистрах распределителя (случайных чисел) 6. Операция деления в первом 9 и втором 10 делителях происходит после прихода на них разрешающего импульса с блока управления 22.

Следующий импульс блока управления 22 сбрасывает выходные регистры распределителя (случайных чисел) 6 в состояние «ноль.

Результат деления на втором делителе 10 поступает на один из входов второго блока

умножения 12 и перемножается с величиной f + |А,у , установленной на втором входе этого же устройства. Ограничитель 8 ограничивает результат деления на первом делителе 9, величина ограничения | может быть подобрана и отрегулирована вручную. Ограниченное значение результата деления подается на один из входов первого блока умножения 11 и перемножается с величиной приращения оптимизируемого параметра , поступающего с выхода сумматора канала настройки 21. К результату умножения двух сомножителей добавляется величина Kj , подаваемая на вход первого блока умножения 11 от блока с неременным коэффициентом передачи 20.

Новые значения детерминированного А,у i и случайного у/ i шага поиска, полученные на выходах первого 11 и второго 12 блоков умножения соответственно запоминаются в элементах «памяти 13 и 15 первого 17 и второго 18 блоков задержки, после прихода на эти элементы разрешающего импульса с блока управления 22. Этот же импульс с блока управления 22 сбрасывает элементы «памяти 14 и 16 в состояние «ноль и перепись вает случайные числа, записанные во входных регистрах распределителя (случайных чисел) 6, в его выходные регистры.

Элементы «памяти 13 и 15 сбрасываются в состояние «ноль в начале каждого такта, когда информация Яу i-1 и у j i-l уже переписана в элементы «памяти 14 и 16 первого 17 и второго 18 блоков задержки соответственно.

Таким образом, к началу каждого последующего такта в элементах «памяти 13 и 15 запоминаются старые значения А/ i-1 и Уу tt-1, которые необходимы для вычислзния нового значения приращения оптимизируемого параметра Дл: у {i + 1J на последующем шаге поиска экстремума функции Q качества.

Аналогична работа оптимизатора и на всех других шагах поиска, за исключением первого шага, когда в выходные регистры распределителя (случайных чисел) 6 записываются некоторые постоянные заданные числа от отдельного источника питания, имитирующие случайные числа на первом шаге поиска.

Формула изобретения

1. Оптимизатор, содержащий генератор случайных чисел, подключенный к блоку управления, блок вычисления приращения функции качества, первый сумматор, входы которого подключены к выходам первого квадратора, второй сумматор, входы которого подключены к выходам второго квадратора, .первый

делитель, одним входом соединенный с блокол вычисления приращения фз нкции качества, другим - с выходом первого сумматора, а выходом - с ограничителе, и цепи настройки, каждая из которых содержит блок с переменным коэффициентом передачи, первый блок умножения, вход которого подключен ко входу соответствующего первого квадратора и выходу ограничителя, второй блок умножения, один вход которого подключен к выходу второго делителя, другой - ко входу соответствующего второго квадратора, первый и второй блоки задержки, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности работы оптимизатора, он содержит распределитель, вход

которого подключен к выходу генератора случайных чисел, а выход - ко входам вторых делителей цепей настройки, каждый блок задержки которых подключен своим входом к выходу соответствующего блока умножения, а

выходом - ко входу сумматора канала настройки, при этом выход первого блока задержки подключен к суммирующему входу первого блока умножения через блок с переменным коэффициентом передачи и ко входу

выпрямителя - непосредственно, управляющие входы блоков задержки и распределителя подключены к блоку управления, а выход сумматора канала настройки подключен ко входу первого квадратора.

2. Оптимизатор по п. 1, отличающийся тем, что блоки задержки выполнены в виде двух, связанных последовательно идентичных элементов «памяти.

к л у каналу