Устройство для определения глобального экстремума функции многих переменных Советский патент 1979 года по МПК G05B13/00 

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ГЛОБАЛЬНОГО ЭКСТРЕМУМА ФУНКЦИИ МНОГИХ ПЕРЕМЕННЫХ

6в7ПГ)1

Наиболее близким по технической сущности к данному изобретению является устройство 2 , содержащее датчики параметров среды, размещенные, например, по окружности и кинематически связанные с шаговым приводом, импульсный вход которого соединен через ключ с генератором тактовых импульсов, подключенным к одному из входов блока уп|6авлёния, соответствующие выходы которого соединены с управляющим входом ключа и со счетными входами двух , счетчиков, разрядные выходы одного из которых соединены с цифроаналоговыл преобразователем, дифференциальные усилители, элементы задержки, блоки умножения, один из входов которых соединены с соответствующими выходами блока установки весовых коэффициентов, а выходы - со вхйдами сумматора, компаратор и блок сравнения.

Это устройство - имеет недостатки, обусловленные ннзкой точностью при определении глобального экстремума исследуемой фуйкции, так как каждый датчик, выполненный в твйДё потейциометра, настраивается оператором вручную независимо от других датчиков, т. е.величина устанавливаемого входного сигнада зависит от субъективных обстоятельств, в то время как в реальных ситуациях происходит одновременное. изменение с{5азу нескольких параметров, KOTopijie могут быть взаимозависимыми.

В результате ручной настройки Дат 1иков оцениваемой ситуации может быть пропущен глобальный экстремум функции а процесс поиска прекратится при достижении некоторого ло1сального экстремума

Целью изобретения является повышейие точности определения глобального экстремума функции Многих п еременных. Это достигается тем, что в предла- . Ьаемом устройстве датчики параметров среды установлены на диаметрально противоположных, точках окружности и под-. ключены к прямому и инверсному входам соответствующих дифференциальных усилителей, выходы которых через элементы задержка соединены с другими входами блоков умножения, входы компаратора Иодключены соответственно к выходу суьШатфа и к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход - ко второму входу блока управления, причем выходы :старших разрядов другого счетчика соецвнэйы рез блок сравнения с третьим фчхя уп{й1вления.

На фи1. 1 ипобрпжена блок-схема . предлагаемого устройства; на фиг. 2 временная диаграмма его работы.

Устройство для определения глобального экстремума функ.ции многих переменных содержит группу датчиков 1 параметров среды, расположенных по окружности (на поверхности барабана или цилиндра) и кинематически связанных с шаговым приводом 2 (импульснь;й щаговый двигатель ), генератор 3 тактовых импульсов, подключенный черезключ 4 к импульсному входу шагового привода 2 и к од- .ному из входов блока 5 управления, счетчики 6 и 7, цифроаналоговый преобразователь 8, дифференциальные усилители 9, элементы 10 задержки, выходы которых подключены к соответствующим входам блоков 11 умножения, другие входы которых соединены с, блоком 12 установки весовых коэффициентов, а выходы - со вх;одами сумматора 13, подключенного через компаратор 14 напряжения к блоку 5 управления. .

Выхбдйстарщих разрядов 15 счетчика 7 подключены ко входам блока 16 сравнения.

Датчики 1 параметров среды предназначены для преобразования параметров среды (температура, давление, освещенность, акустические щумы, уровень радиации и др.) в электрические аналого- вые сигналы. Датчики 1 однородных парамётров установлены попарно на диаметрально Противоположных точках окруж- ности и подключены клеммами а-а, б-б , внв,г-г (см. фиг. 1) к прямому и HHBepcHbSiy входам соответствующего дифференциального усилителя 7, предназначенного для формирования сигнала, пропорционального градиенту измеряемого параметра в нагправлении линии, проходящей через точки установки датчиков 1 однородных параметров. .

Шаг.овый привод 2 предназначен для обеспечения вращения цилиндра, на поверхности которого размещены датчики 1 с постоянной угловой скоростыб.

Блоки 11 умножения, блок 12уста; новки весовых коэффициентов и сумматор 13 обеспечивают формирование аналогового сигнала ), соответствующего обобщенной ФУНКЦИИ параметров среды

L/(V WiXUtfily;, пП5 . ь

где ф - угол поворота цилиндра по

. отношению к условному началу отсчета (парвоначальнок у направлению),

П - число пар иатчнков 1 однородных параметров среды,

I7gt (tp) - сигнал с соответствующего дифференциального усилителя 9 после временной компенсации элементами 10 задержки,

Wj - весовой коэффициент, соответствующий степени важности того или иного параметра и предварительно задаваемый блоком 12 установки весовых коэффициентов.

Счетчик 6 совместно с цифроаналоговым преобразователем 8 служит для формирования линейно-изменяющегося жения, поступающего на компаратор 14 напряжений для-сравнения с напряжением аналогового сигнала U(V) .

Счетчик 7 предназначен для подсчета числа импульсов, поступивших на импульсный вход шагового привода 2, и разрядность его младшей части 17 выбрана в соответствии с максимальным; числом импульсов, необходимым для полного поворота цилиндра с датчиками 1 параметров среды. .

На разрядных выходах 17 младшей части счетчика 7 формируется параллельный код текущего угла поворота, а. старщая часть 15 разрядов счетчика 7 формирует, параллельный код числа полных поворотов цилиндра.

Устройство для определения глобального экс тремума функции многих переменных работает следующим образом.

В исходном положении цилиндр с датчиком 1 параметров среды уста новлен в направлении нулевого вектора, совпадающего с направлением движения интегрального робота,ключ 4 закрыт, счетчики

6и 7 сброшень в нулевое состояние блоком 5 управления (шина сброс на фиг. 1 не указана). По сигналу от бло. ка 5 управления, поступающему на управляющий вход ключа 4, который при этом открывается, на импульсный вход щагового привода 2 и на входы счетчиков 6 и 7 начинают поступать тактовые . импульсы от генератора 3.

Цилиндр с датчиками 1 начинает вращаться, счетчики 6 и 7 заполняются, на выходах младших разрядов 17 счетчика

7формируется параллельный код текущего угла поворота цилиндра, на выходе цифроаналогового преобразователя В формируется линейно-нарастающее напряжение Дл (см. фиг. 2).

На в1ых6дах кажДой t -и пары датчи- ков 1 параметров йредц возникают соот.вотствуюгцио сигналы Ugi ё выходах дифференциальных усилителей 9 формируется разностный сигнал

. %) )-Ugt(fn

где U (If), (f}- сигналы с t -и пары датчиков 1 однородных параметров среды

Каждый из сигналов i/gj (V) и Usi (V) пропорционален абсолютной величине t отдельного параметра среды (температуре, освещенности и др.) в соответствующем направлении по обе стороны от цилиндра. Знак разности (f) - W указывает на увеличение или уменьшение этого параметра в заданном направлении.

Сигналы Ugi(n являются периодическими с периодом Г , где tO -, угловая скорость вращения аилиндра.

Поскольку пары датчиков 1 однородных параметров среды расположены по отношению к вектору нулевого напоав.ления под разными углами Дф где П - число пар датчиков 1 однородных параметров среды, то сигналы Vg( №) от разных пар будут смещены во времени на величину И t -.

Элементы 10 задержки обеспечивают соответствующий временной сдвиг.всех временных сигналов W , кроме одно го, соответствующего нулевому направлению, на постоянную еличину чтобы привести все сигналы к единой системе отсчета (нулевому направлению). При прохождении, через блоки Ю умно кения каждый сигнал множится на соответствующий весовой коэффициент Av , зависящий от важности измеряемого параметра (например уровень радиации по степени важности находится выше, чем температура или освещенность среды, поэтому каждой . из характеристик может быть присвоен свой вес на основе предварительных экспертных оце- нок),.

Далее сигналы поступают на входы сумматора 13, на выходе которого формируется сигнал обобщенной функции параметров среды UfV) (функции многих переменных). Этот сигнал также является периодическим (см, фир. 2),

Таким образом, на входы компаратора 14 напряжений поступают два сигнала,- периодический UM и линейнонарастающий 17

В момент равенства этих сигналов компаратор 14 напряжений формирует сигнал, поступающий в блок 5 управления, который пврекры7вает вход счетчийа бив цифроаналого- вбм. преобразователе. 8 запоминается уровень напряжения V до момента следующего пересечения с напряжением (см. фиг. 2), по которому с компарато- pa 14 напряжений в блок 5 упргэвле11ия выдается импульс противоположной поляр ности, счетчик 6 вновь запускается, цифроаналоговый преобразователь 8 формирует линейно-нарастающее напряжение от уровня t/j до уровня и , который запоминается до следующего момента пересечения с функциональным напряжением Uw Затем вновь формируется линейно-нарастающее компенсирующее напряжение Uj до уровня Uj . Таким образом производится поиск глобального экстремума функции многих переменных ) , который осуществляется за несколько оборотов цилиндра. Число необходимых периодов (потных оборотов цилиндра) задается параллельHbiM кодом в блоке 16 сравнения схем- ным путем или по соответствующим входам от внешнего устройства управления (см. фиг. 1). При совпадении этого кода с содержимым старших разрядов 15 счетчика 7 блок 16 сравнения формирует сигнал, поступающий в блок 5 упраЕЛейия, по которому устройство переходит на отработку последнего этапа отслеживания и (V) (отрезок времени А t ) и останавливается в момент времени t При этом на выходах младших разрядов 17 счетчика 7 сформирован параллельный крд угла , соответствующего кр 1тическому направлению, в котором обобщенная функция параметров среды приобретает наибольшее значение (Глобальный экстремум). Таким образом, при Наличии нескольких локальных экстремумов-функции мно гих переменных предложенное устройст во будет производить более надежный и точный поиск глобльного экстремума и выдавать результат в цифровом коде, чт обеспечивает его преимущества перед

8 известными устройствами того же назначения. Формула изобретения Устройство для определения глобального экстремума функции многих переменных, содержащее датчики параметров среды, размещенные по окружности и кинематически связанные с шагогым приводом, импульсный вход которого соединен через ключ с генератором тактовых импульсов, подключенным к одному из входов блока управления, соответствующие выходы которого соединены с управляющим входом ключа и со счетными входами двух счетчиков, разрядные выходы одного из которых соединены с цифроанало- говым преобразователем, дифференциальные усилители, элементы задержки, блоки умножения, одни из входов которых соединены.с соответствующими выходами блока установки весовых коэффициентов, а выходы - со входа-ми сумматора, компаратор и блок сравнения, отличающееся тем, что, с целью повышения точности определения глобального экстремума функции многих переменных, в нем датчики параметров среды установлены на диаметрально противоположных точках окружности и подключены к прямому и инверсному входам соответствующих дифференциальных усилителей, выходы которых через элементы задержки соединены с другими входами блоков умножения, входы компаратора подклю- чены соответственно к выходу сумматора и к выходу цифроаналогового преобразователя, а выход - ко второму входу блока управления, причем выходы старших разрядов другого счетчика соединены через блок сравнения с третьим входом блока управления. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Авторское свидетельство СССР № 267214, кл. G 06 15/18, 1968. 2.Авторское свидетельство СССР № 344443. кл. G Об К 9/ОО, 1971.