Многоканальный автоматический оптимизатор Советский патент 1980 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к области экстремального управления, в частности к дискретным устройствам многолараметрической аптимизащии.

Известны дискретные многоканальные 5 автоматические олтимизаторы, решающие задачу определения локального экстремума функции многих переменных 1. В этих оптимизаторах для нахождения экстремума применяются .методы наискорейшего спуска и градиента. При реализации этих методов требуется оценжа частных производных оптимизируемой функции с помощью ее частных приращений от пробных воздействий по всем переменным. Это при- водит к снижению быстродействия поиска, а также к относительному усложнению схем оптимизаторов. Поэтому данные оптимизаторы нашли применение в основном при решении задач анализа и синтеза систем 20 на элекпронных моделях. Для управления / реальными объектами применяются дискретные оптимизаторы с совмещенными пробными и рабочими шагами, в которых для нахождения экстр.емума требуется оп- 25 рбделять только Знак приращений юптимизируемой величины,

Наиболее (близким техническим решением ж изобретению является дискретный многоканальный автоматический оптимиза- 30

тор 2 с совмещенными пробными и рабочими шагами, содержащий переключатели, определитель знака приращения выходной величины объекта оптимизации, первый выход которого соединен через коммутатор с соответствующими первыми входами элементов И, а второй выход - со вторыми входами элементов И. Недостатком этого оптимизатора является низкое быстродействие, nocKOJteKy процесс поиски в нем имеет высок ю чувствительность к выбору системы координат оптимизируемой функции. На оростей|щих функциях, например, в двумерном случае Qi + Ix (поиск, минимума Q) известный оптимизатор обеспечивает выход в .экстремум двумя спусками из лю(бых начальных условий. Переход на поиск по следующей переменной осуществляется коммутатором три двух приращениях оптимизируемой величины .в неправильном направлении. Если оси координат повернуть на угол л/4, получив функцию Q2 ki-x.,., то на ней даже при наилучшей организации поиска движение к экстремуму приобретает циклический характер, что резко увеличивает время отыскания экстремума.

Пелью изобретения является по вышение быстродействия оптимизатора.

.Поставленная цель достигается тем, что аредложенный оятимизатор содержит по числу жаналов т риггеры, 7 С-звенья и интеграторы, выходы каждого элемента И через соответствующие последовательно соединенные триггер, переключатель и Сзвено соединены со Входами, соответствующих интеграторов, а первые входы элементов И через соот1ветствующне переключатели сОединены со входами соответствующих интеграторов.,

На фиг. 1 изображены линии 1равного уровня функций QI i + и Q2 Xi - Х2 + х + JCo, а также Т|раектории поиска минимума Qi (фиг. 1,а) и Q2 (фиг. 1,6) оптимизатором; на фиг. 2 приведена функциональная схема оптимизатора, где обозначены: /-объект оптимизации, 2-определитель знака (Приращения выходной величины объекта оптимизации, 3- - коммутатор, 4 - элемент И, 5 - триггер, 5 - переключатель, 7 - У С-звено. и 8 - интегратор.

Оптимизатор работает следующим образом.

iB тактовые моменты времени совершаются шаги поочередно ло «аждой леременной xi, Х2, ..., Хп (п - ЧИСЛО каналов оптимизатора), т. е. при каждом шаге происходит смена переменной. Если после щага ло какой-либо переменной знак лриращения выходной величины объекта изменится, то IB следу1бщем рабочем такте совершаются одновременно два щага IB обратном нал1ра(влении по предыдущей ineipeменной и очередной шаг ло последующей. Очередность задается последовательным подключением С-з/веньев 7 лереключателями 6 к выходам триггеров 5. При этом через лоследовательные 7 С-звенья 7 проходят импульсы тока, что /приводит к изменению выходных напряжений интеграторов 8 на один шаг в направлении, ол|ре; деляемом состояниями триггеров 5. При ог«лючении / С-звеньев от выходов триггеров 5 их емкостные э.ементы разряжаются контактами переключателей 6. Управление переключателями 6 производится коммутатором 3 в моменты времени, определяемыми импульсами тактового выхода определителя 2. Если в -тактовый момент времени знак приращения /выходной величины объекта 1 изменится, то с-выхода определителя 2 имлулъс напряжения опрокидывает триггер того канала, на который поступает сигнал от коммутатора 3. Срабатывание триггера 5 лриводит к перезарядке емкостного элемента соответствующего С-звена 7 и к образованию двойного шага в обратном направлении по предыдущей переменной. Правильное поступление сигнала с выхода олределителя 2 «а вход соответствующего

триггера 5 обеспечивается логическими элементами И 4.,

В качест1ве примера на фиг. , а, б показаны траектории поиска минимума функций QI |jCi|-f |.г.,| и .i Xi4-x.

на плоскости двух переменных ЛГ и х, иллюстрирующие принцип действия оптимизатора. В отличии от прототипа характер проллоокости двух переменных х и Xz, иллюстрирующие принцип действия оптимизатора. В отличии от дрототипа характер процесса поиска в предложенно,м оптимизаторе не зависит от выбора системы координат оптимизируемой функции (траектории фиг. , а, б). -При повороте oteй координат

траектории лоиска.не приобретают циклический xapaKTeip (фиг. 2, 6), поскольку при каждом шаге происходит смена переменной. В результате время поиска не возрастает.

Таким образом, предложенный оптимизатор имеет более высокое быстродействие по сравнению с известными оптимизаторами.

Формула изобретения

Многоканальный автоматический оптимизатор, содержащий переключатели, определитель знака приращения выходной величины объекта олтимизацин первый выход которого со-единен через коммутатор с соответствующими первььми входами элементов И, а второй выход - со вторыми входами элементов И, отли-чающийся

тем, что, с целью -повышения быстродействия оптимизатора, он -содержит по числу каналов триггеры, / С-звенья и интеграторы, выходы каж(дого элемента И через соответствующие по-следовательно соединенные триггер, переключатель-и / С-звено соединены со -входами соотв-етствуюших интеграторов, а первые входы элементов И через соответствующие переключатели соединены со входами -соответствующих ннт-еграторав.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.Авторское свидетельство СССР № 1:237Й9, кл. iG 05 В 13/02, 1959.

2.Авторское свидетельство СССР № Г290Э1, кл. G .05 В 13/02, 1960 (прототип).,