Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стохастических объектов Советский патент 1980 года по МПК G06F17/18 

(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕСТАЦИОНЛРНЬК СТОХАСТИЧЕСКИХ Изобретение отиосится к автоматике и вычислительной техникеj предназначено для настройки в реальном масштабе времени параметров линейных или приводимых к линейным по коэффициентам мод&лей нестационарных стохастических объек тов и может применяться как самостоятельно для изучения объектов, так и в комплексе с другими устройствами для управления. Известен идентификатор, входящий в адаптивную систему управления, содержащий элементы задержки, блоки умноже ния, нелинейный преобразователь, усилители с переменным коэффициентом усиления и дискретные интеграторы (диграторы) M. К недостаткам указанного устройства относятся возникающие большие ошибки прогноза при идентификации нестащюнарных объектов из-за того, что коэффициент шага с возрастанием номера ит&рации стремится к нулю. ОБЪЕКТОВ Наиболее близким по технической сущ.ности к предлагаемому является адаптивное вычислительное устройство, содержащее аналого-дифровой преобразователь,блок памяти, блок управления, блоки формирования линейно-независимых функций, кольцевой счетчик, регистры сдвига, опера:тивный регистр, блок скалярного произведения, блок масиггаба приращения коэффициентов и КЛЮЧИ, образующие арифметический блок и коммутатор . К недостаткам этого устройства относится большое время ввода устройства в работу из-за больших ошибок, -возникающих в начальный период j. когда априорные значения коэффициентов взяты произвольно, и больЩие ошибки прогноза при идентификации нестационарных объектов и&-за невозможности отслеживания изменяющихся коэффициевтся объекта вследствие того, что коэффициент шага с возрастанием номера итерации стремится к нулю.

746543 Цель изобретения - сокращение вреШнй ввода устройства в работу и умён1 шение ошибки прогноза при идентификации нестационарных объектов. Поставленная цель достигается тем, что в вычислительное устройство, содер кащ§ё коммутатор, вход которого являет ся аходом устройства, а выход соединен с информационным аходом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому аходу блока памяти, вьгход которого соединен с первым входом арифметического блока, первьй выход которого подключен ко второму входу блока памяти, управляющие входы коммутатора аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и арифметического блока соединены с выходом блока управления, введены триггер начальной настройки, регистр серииа реверсивный счетчик и блок постоя ной памяти, выход которого соединен со вторым входом арифметического блока, а В.ХОД подключен к выходу реверсивного счетчика, вход которого соединен.с выходом регистра серии, первый и второй входы которого пбдюпочены соответствен но ко второму ВЫХОДУ арифметического блока и к выходу триггера начальной настройки, вход котррого подключен к третьему выходу арифметического блока, управляющие входы регистра серии, реверсивного счетчика, блока постоянной памяти и триггера начальной настройки подключены к вьгходу блока управления, ВХОД которого соединен с выходом триг гера начальной настройки. Предлагаемое вычислительное устройс во схематически показано на чертеже. Оно состоит из коммутатора 1, аналого-цифрового преобразователя 2 аналог код, блока 3 памяти, арифМбТйчёеКого блока 4, триггера 5 начальной настройки, регистра 6 серии, реверсивного счетчика 7, блока 8 постоянной- памяти блока 9 управления.- -Выход коммутатора 1 через преобразователь 2 аналог-код соединен с первь1М входом блока 3 памяти, вькод которого соединен с первым входом арифме тического блока 4, при этом первьШ выход последнего соединен со вторым . входом блока 3 памяти. Второй выход арифметического блока 4 соединен с первым В.ХОДОМ регистра 6 серки, а третий его выход соединен со входом триггера 5 начальной настройки, выход которого по одной цепи соединен со ьходрм о кй 9 управления, а по другой - со втоым входом регистра 6 серии, выход отЬрОго через последовательно соедиенные реверсивный счетчик 7 и блок 8 постоянной памяти соединен со вторым ходом арифметического блока 4, выод блока 9 соединен с управляющими входами всах перечисленных выше признаков. . Коммутатор 1 предназначен для коммутации сигналов, поступающих от датчиков технологического процесса. Аналого-цифровой преобразователь 2 аналог-код служит для преобразования непрерьшных сигналов датчиков в цифровую форму. Блок 3 памяти необходим для запоминания текущей информации, поступающей от датчиков,, а также для запоминания оценок коэффициентов модели и констант, характеризующих конкретный объект. Арифметический блок 4 предназначен для произвбдства арифметических операций то вычислению оценок коэффициентов моделей. Расчет производится последовательно в соответствии с выражениями п ,Н-. ,Г ,,N о,,п-,Л VN- I$N N VN® «i,N «-где В, - ошибка прогноза в N -и момент времени| OQ чСЧ - коэффициенты модели; , - коэффициент шага; увыходная переменная, . - входная -я переменная, которая в общем случае может быть функцией ()} В - постоянный нормирующий 3, равный множитель. в 1/Дк- количество существенных входных переменных. Триггер 5 начальной настройки предназначен для того, чтобы в устройстве после ввода первого измерения входов и выходов совершали:сь начальные настроечные ЦИ1ШЫ по вычислению первого значения коэффициентов мрдепи СИ. ,iO,i...n .х nopV пока ошибкаР;1/У -(е)(о. не станет меньше заднего значения А . Введение начал ьныхнаст роечных циклов устраняет колебания выхода модели. обусловленные произвольными априорными значениями коэффициентов, повышает точность вычисления оценок в момент включения и значительно сокращает время ввода устройства в работу. Сигналы с триггера 5 поступают на блок управле ния и на регистр серий. Сигнал с триггера 5 в блоке управления используется как условие для к икропрограммного авто мата, невыполнение которого ведет к повторному вычислению коэффициентов модели с данными первого измерения вх дов и выхода. В регистре 6 серий сигнал с триггера 5 после каждого цикла вычисления коэффициентов изменяет состояние триггера знака, что приводит к уменьшению коэффициента шага л( пог моническому закону. Регистр 6 серий состоит из счет чика с триггером знака и служит для вы деления и хранения длины серии, котора представляет собой количество наблюдаемых подряд одинаковьк знаков ошибок прогноза D . Если ошибка D на каждом шаге вычисления меняет свой знак, что фиксируется триггером знака, то счетчик устанавливается в единичное состояние. Если триггер знака фиксируе все время наличие одной серии то сче чик считает до 5, а затем блокируется по входу до тех пор, пока триггер знака не зафиксирует начало серии другого знака. Счетчик устанавливается в начал ное положение при изменении состояния триггера знака. Реверсивный счетчик 7 предназначен для определения адреса текущего значения коэффициента шага лг , запоми нания его до следующего цикла вычислений и выдачи адреса в блок 8. Порядковый номер состояния счетчика 7 определяет адрес текущего шага в блок 8. Работа счетчика 7 определяется регистром 6 серии. При длине серии, равной единице счетчик 7 увеличивает СВОР состоя ние также на единицу. Коэффициент шага, считываемый с блока 8 уменьшается при этом по гармоническому закону. Если длина серии равна двум, то счетчик 7 остается в прежнем состоянии. При длине серии равной трем состояние счетчика 7 уменьшается на единицу, когда длина серии остается равной четьврем, состояние его уменьшается в два раза (сдвиг в сторону младших разрядов) Если длина серии равна пяти, то младший разряд счетчика 7 устанавливается в единицу, а остальные в нуль. tlpw. ЭТОМ блок 8 выдает максимальное значение шага , 1. Блок 8 постоянной памяти предназначен для хранения чисел гармонического ряда, которые испспьзуются в качестве значений коэффициента шага/j -i/S, ,2.. Наибольшее значение К выбирают из практических соображений равным 32, Блок применяется для того, чтобы устранить операцию деления в арифметическом блоке 4 для повьциения его быстродействия. Блок 9 управления, основанный на микропрограммном автомате, производит переключение каналов датчиков. коммутатором 1, запускает аналого-цифровой преобразователь 2 через заданные промежутки времени, а также осуществляет последовательность работы отдельных блоков устройства. Устройство работает следующим образом. , По сигналам, блока управления комму.,;.- .i.-i --i- v -,-- T--v,-.-,v.v.,:-.v,4jiSiOii ri.- i-лаИ-.а - . татором 1 производится последовательное подключение сигналов датчиков по входу преобразователя 2 аналог-код. Последний производит преобразование значения непрерывного сигнала в цифровую форму и подает его в блок 3 памяти. После преобразования всех сигналов производится вычисление ошибки прогноза по выражению (l). На первом цикле вьтчислений в качестве значений коэффициентов О1. о,,.-.г} используются априорные сведения. Полученный знак ошибки прогноза Т) засылается в триггер знака регистра б серии, а счетчик последнего устанавливается в единичное состояние. Реверсивный счетчик 7 также устанавливается в единичное состояние, при этом с блока 8 снимается значение шага лг . 1. На первом цикле призводится сравнение значения ошибки D д с величиной желаемой ошибки А, заданной априорно. Если неравенство I D I А не выполняется, о устанавливается в единичное.состояние риггер 5, сигналы с которого поступают блок управления для совершения настроечньк циклив. Настроечные циклы заклюаются в вычислении коэффициентов мод&и по выражениям (1) - (3) с данными ервого измерения входов и выхода. оэффициент шага /v при этом измеяется по гармоническому закону. После каждого цикла вычислений коэфициентов проверяется неравенство1ц,К А . сли оно вьтолняется, то триггер 5 устанавливается в нулевое состояние, снимается блокировка с блока 9 упр.авл&ния, а регистр 6 серий и реверсивный счетчик 7 устанавливаются Б единичное состояние, при котором с выхода блока 8 считывается / 1 После окончания начальных настроечных циклов сденки коэффициентов приближаются к истинным значениям коэффициентов, и ошибка прогноза при этом уже не зависит от априорных значений коэффициентов, На следующих рабочих циклах производится опрос датчиков и занесение и.х значений в блок 3 памяти. Производится вы числение ошибки прогноза В, по выраж;© нию (1), Знак ошибки D поступает в регистр 6 серии, где определяется длина текущей серии. В зависимости от ее длины счетчик 7 из блока 8 выбирает определенное значение шага л | и подает его в арифметический блок 4. Если регистр 6 серии фиксирует чередование серий длины единица, то из блока 8 считывается последовательность лг , изменяющаяся rto гармоническомузакону. При появлении серии длины два Шаг не изменяется IJ Р длиной три увеличивает значение шага i который берется равным предыдущему чле ну гармонической последовательностИо Если наблюдается серия длиной четыре, то щаг /у увеличивается вдва раза, Серия длины пять вызьшает максимальное значение шага fif 1. После выбора шага // производится вычисление нулевого коэффициента модели по выражению (2) и коэффициентов соответ ствующих отдельным входом по выражению (З). Коэффициент 8 в формуле (З вычисляется по априорным средним значениям входных переменных и для конкретного объекта Я1вляется константой. Использование новых элементов - триг гера начальной настройки, регистра сери реверсивного счетчика, блока постоянной памяти дает возможнойть сократить время ввода устройства в работу и уменьшить ошиб1су прогноза при идентификации нестационарных объектов, что позволит V4 3 8 автоматическом управприменять его при лении объектами. Формула изобретения Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стохастических объектов, содержащее коммутатор, вход которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом аналогб-цифрового преобразователя, выход которого подключен К первому входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом арифметического блока, первый выход которого подключен ко второко вхЬду блока памяти, управляющие входы коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и арифметического блока соединены с выходом блока управления, отличак)щееся тем, что, с целью повышения точности прогноза при идентификации нестационарных объектов, в устройство введены триггер начальной настройки, регистр серий, реверсивный счетчик и блок постоянной памяти, выход которого соединен со вторым входом арифметического блока, а вход подключен к выходу реверсивного счетчика, вход которого соединен с выходом регистра серий, первый и второй входы которого подключены соответственно ко второму вьгходу арифметического блока и к выходу триггера начальной настройки, вход которого подключен к третьему выходу арифметического блока, управляющие входы регистра серии, реверсивного счетчика, блока постоянной памяти и триггера начальной настройки подключены к выходу блока управления, аход которого соединен с выходом триггера начальной настройки; Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1,Цыпкин Я. 3. Адаптация и обучение в автоматических системах, М., Наука, 1969, с. 206-220. 2,Авторское свидетельство СССР № 249773, кл. Q 06 F 15/00, 1969. -; ,.

Выход

6