Многоканальный автоматический оптимизатор Советский патент 1982 года по МПК G05B13/02 

Изобретение относится к технической кибернетике и может Рыть использовано ДJтя выбора оптимальных значений параметров комплектующих элементов разлишых объектов, обеспечивающих максимальный запас работе- способности или максимальную серийнопригодность.

Известны маногоканальные автоматические оптимизаторы, содержащие модель схемы, исполнительное устройство блоки проверки ограничений и экстремума, блоки анализа, выбора экстремального направления и организации движения, измерения и управления,использующие операторы чувствительности (градиентные способы) для поиска экстремальных значений параметров С1.

Недостатком данных оптимизаторов являются ограниченные функциональные возможности из-за непригодности их использования для определения таких значений параметров при которых оптимизируемый объект обладает максимальной работоспособностью или максимальной серийнопригодностью. Это объясняется тем, что функция - запас работоспособности - не имеет явного аналитического выражения, ее невозможно измерить непосредственЕ«э и ее значение

зависит от многих функций качества, характеризующих работоспособность объекта.

Наиболее близким к предпагаемому является многоканальный автоматический оптимизатор , содержащий многомерный регистр памяти, последовательно соединенные многомерный преобразователь код-аналог, многомерный объект оптимизации и одновременный блок измерения функции качества, последовательно соединенные блок управления, генератор тактовых импульсов и реверсивный счетчик, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий выхоЬ которого подключен к первому входу многомерного регистра памяти 2 .

Недостатком данного оптимизатора являются ограниченные функциональнр е возможности из-за невозможности его применения для определения таких значений параметров, при которых объект оптимизации Ьбладал бы максимальным запасом работоспособности или максимальной серийнопригодностью.

Це.пь изобретения - расширение функциональных возможностей.

Указанная цель достигается тем, чтр оптимизатор содержит мнот-ора рядный регистр сдвига, блок деления, блок вычисления, блок переключений и последовательно соединенные многомерный блок измерения функции качества и логический блок, соединенный вторым входом с выходом одновременно блока измерения функции качества, третьим входом - с первым выходом реверсивного счетчика, а выходом с первым входом блока управления,подключенного четвертым выходом к входу реверсивного счетчика, подключенного вторым выходом через , блок даления ко второму входу многомерного регистра памяти, третьим входом с нулевым многомерным выходом многоразрядного регистра сдвига, четвертым входом - с выходом многомерного регистра памяти и входом блока вычислений, а выходом - с многомерным преобразователем код-аналог, выход многоразрядного регистра сдвига подключен к ПЯТОМУ выходу блока управления соединенного шестым выходом со вторым входом блока .вычислений, а вторым входом - с выходом блока вычислений, многомерный выход многомерного объек та оптимизации подключен ко входу многомерного блока измерения функций качества. На фиг, 1 приведена блок-схема мно гоканального автоматического оптимизатора; на фиг. 2 - блок-схема блока переключений многоканального автоматического оптимизатора; на фиг.З график, поясняющий процесс оптимизации на максимум запаса работоспособности или максимум серийнопригодност Многоканальный автоматический опт мизатор (фиг. 1) содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых импульсов, реверсивный счетчик 3, много разрядный регистр 4 сдвига, многомерный регистр 5 памяти, блок 6 вычи лений, блок 7переключений, многомерный преобразователь код-аналог 8, многомерный объект 9 оптимизации, одновременный блок 10 измерения функ ции качества, многомерный блок 11 измерения функции качества, логический блок 12, блок 13 деления. Блок 7 переключений (фиг, 2) содержит многомерные двухвходовые элементы И 14 и 15 и элемент ИЛИ 16, при этом выходы многомерных элементов И 14 и 15 соединены с соответствую1фми входами многомерного элемента ИЛИ 16, ко входам многомерного эле мента И 14 подключены второй выход сче чика 3 и единичный многомерный выход многоразрядного регистра 4 сдвига, ко входам многомерного элемента И 15 подключены нулевой многомерный выход многоразрядного регистра 4 сдвига и выход многомерного регистра 5 пгиляти, выходом блока 7 переключений явл ется выходом многомерного элемента ИЛИ 16. Многоразрядный регистр 4 сдвига может быть реализован на I-К триггерах. Тогда каждый триггер будет представлять отдельный разряд данного регистра сдвига. Единичным и нулевым многомерными выходами регистра 4 сдвига будут являться соответственно единичные и нулевые выходы всех триггеров. Блок 6 вычислений предназначен для запоминания координат двух отображающих точек, вычисления расстояния между ними и сравнения этого расстояния с допуском. При этом под отображаквдей точкой понимается комбинация значений оптимизируемых параметров X (Х jXg ,.. .Х ,. .Xfi) , при которых производится вычисление функций качества. Диапазон изменения реверсивного счетчика 3 должен соответствовать в нормированных единицах диапазону изменения каждого оптимизируемого параметра. На фиг. 3 и далее по тексту приняты следующие обозначения г Х - текущее значение i-ro (i-T,п) оптимизируемого параметраj п - число оптимизируемых параметров; .QjmaxCJ Г,п) - соответственно минимальное и максимально допустимые значения j-й функций качества; т - число функций качества; Q(X) - текущее значение j-й функции качества; Р область допустимых значений оптимизируемых значений, определяемая неравенствами .in 6 Х-1 X.mo.xfi где Х;„;п, соответственно минимальное и максимальное допустимые значения п-го оптимизируемого параметра, GJ - j-ая область работоспособности, под которой понимается множество значений оптимизируемых параметров, при которых выполняются неравенства (1) W Qj,.ax (1) при условии, что X е р. G ,1 i область компромиссов, Ь под которой понимается множество значений оптимизируемых параметров, при которых выполняются все неравенства (2). (Ю j T7m,С2) при условии, что )ieP. Оптимизатор работает следукяцим образом. Минимальный запас работоспособности объекта определяется по форму min с (X; xj ХеСц Ь„ X е г. где внутренние точки области G,; . rj/ - граничные точки области; ц|(Х,Х) - методика, т.е. расстояние между О|гображаю1цими точками X и X. При оптимизации требуется максим зировать выражение (3), т.е. Ч(Х;Х) (4) кем К Решение данной задачи осуществля ется итеративным методом. Вначале задают исходный вектор оптимизируемых параметров 7° - ГУ Y° Y° е- г л Л|,Л2,...л,... Лц J t- , Чц Зе(тем на г-м этапе оптимизации посл довательно, начиная с первого, изме няют значение i-ro оптимизируемого параметра от посто янстве всех других оптимизируемых параметров. При этом непрерывно вычисляются все функции качества объе та и проверяется выполнение системы неравенств (2). При изменении 1тго параметра фиксируются два его значения и ,Q -максимальное и мини мальное граничные значения i-ro опти мизируемого параметра на г-м этапе оптимизации, при которых отображающая точка лежит на границе Г области компромиссов Сц. После определ ния значений и ,х переходят определению значений Х(:„„;„и )тс,кПри этом г-е значение i-ro оптимизируемого параметра устанавливается равным у п S ГУ. + X 1 A-i - U,i (.А ,„ f A,. В Общем случае процесс изменения оптимизируемых параметров осуществля ется в следующем порядке: 1 2 i П 1 1 л, ... Х . J V. -- ..-.-VX . 1этап оптимизации И этап оптимиза ции Момент прекращения процесса оптимизации определяется на -5 -м этапе тогда, когда расстояние i между ото бражающими точками после -) -го и С -1)-го этапов оптимизации меньше заданного зад Для измерения расстояния между дв мя отображающими точками X и X может быть использована, например, мет рика следующего вида г--/Т (х..х;)% где Х-,Xj - i-e координаты точек X и X; Я - масштабный множитель, с помощью которого учитывают разную размерность координат точек X. Если 1 -7здд т° процесс оптимизации циклически повторяют. Если ё12зад, то процесс оптимизации заканчивается. .: Пусть многомерный объект 9 оптимизации характеризуется функциями качества Qj Г ) 1 ml в т.ч. вида данет. В одномерный блок 10 измерения функции качества записывают минимальное и максимальное допустимые значения первой функции качества многомерный блок 11 измерения функций качества записывают минимальные и максимальные.допустимые значения () функций качества. В многомерный регистр 5 памяти записывают исходные значения оптимизиру 40) ,-„101 „tp) v(J} емых параметров X (Х ,Х j,. .. ,,. . . ;..Хп) Сц (фиг.З).В блок 6 вычислений вводят число i -joA Выходные сигналы многомерного pierHCTpa 5 памяти подаются на соответствующие входы блока 6 вычислений и многомерного элемента И 15 блока 7 переключений.. По команде с шестого выхода блока 1 управления блок б вычислений фиксирует координаты точки Х ° , а по команде с пятого выхода блока 1 управления в многоразрядном регистре 4 сдвига возбуждается первый разряд. Сигналы с единичного, нулевого многомерных выходов многоразрядного регистра 4 сдвига подаются на соответствующие входы многомерных элементов И 14 и 15 блок 7 переключений и многомерного регистра 5 памяти. Затем по команде с первого выхода блок 1 управления запускает генератор 2 тактовых импульсов, сигналы которого подаются на суммирующий вход реверсивного счетчика 3, изменяя его состояние. Выходные сигналы счетчика 3 со второго выхода подаются на соответствующие входы многомерного элемента И 14 блока 7 переключений и блока 13 деления с коэффициентом 2 деления, выходной сигнал которого подается на второй вход многомерного регистра 5 памяти. При этом в блоке 7 переключений только на входах первого элемента И многомерного элемента И 14 сигналы равны единице. Тогда выходной сигнал первого элемента И многомерного элемента И 14 через многомерный преобразователь код-аналог 8 подается на вход многомерного объекта 9 оптимизации, в котором изменяется значение параметра X, от Х,„;пдо а параметры К,,.., Х ... Хр имеют соответственно значения Xi,.. .Х... Хп, . При изменении параметра X изменяется и состояние объекта 9. В каждом новом состоянии многомерного объекта 9 оптимизации в одномерном блоке 10 измерения функ ции качества и в многомерном блоке 11 измерения функций качества произв дится измерение и сравнение текущего значения функции качества О(Х) с заданными Oj,,, и jmax- Если выполняются, условия (2), что сигналы на выходах одномерного блока 10 измерения функции качества и многомерного блока 11 измерения функции качества сигнал равен единице, если не выполняется, то - нулю. Выходные сигналы с выходов блоков 1 О и 11 подаются на первый и второп Bxo;aj логического блока 12. Если при изменении первого оптими зируемого параметра Х в пределах от т.пло Х,а. впервые при X, , X - Х , X г, - X,, на выходах одномерного блокп 10 измо 1ения функции качества и мгюгомерного блока 11 измерений функций качества равны еди нице, то отображающая точка находится в области Gк (фиг.З), на выходе логического блока 12 появляется сигнал, который подается на первый вход блока 1 управления. По этой команде блок 1 управления останавливает гене рат(5р 2 тактовых импульсов, по сигналу с третьего выхода записывает через блок 13 деления в многомерный регистр 5 памяти содержимое реверсив ного счетчика 3, т.е. число xVmin1/2 Затем по c гнaлy с первого выхода блокл 1 упиг влеьп я внов1 запускается генератор 2 тактовых импульсов, сигналы которого гтодаются на суг-мирующий вхол реверсивного счетчика 3, изменяя его состояние. I Аналогично изменяется и состояние многомерного объекта оптимизации. Бели при Х Х, 6 1 Х2 ХГ , Х,,-- Х ° , где ь:у - шаг изменения первого оптимизируемого папамет15а, соответств.-юпюе записи eдиниц J,l в реверсивный счетчик 3, не удовлетворяется хотя бы одно из неравенства (Т1 (т.о. отображающая точка Bbiiiuia из области (I) / то на выходе блока 12 управления появляетоя сигнал. По данному сигналу блок 1 управления останавливает генератог тактовых импульсов, по сигналу со второго выхода блока 1 управления из содержимого реверсивного счетчика 3 вычитается, по сигналу с третьего вы хода увеличивается содержимое многом ного регистра 5 памяти на величину 5 imoxl/2, по сигналу с четвертого выход содержимое реверсипного счетчика 3 о нуляется. Тогда в многомерном регист 5 памяти запигыва.тся следующие числ хг о,5а;;;,, x;c,xsC..,C п..сяе этого по сигна.ау с пятого ьыхода бло ка 2 управления в N Horopn--ipH/iHOM регистре 4 сдвига возбуждается его второй разряд. Затем процесс поиска значения вт(Лрого оптимизируемого параметра Х2 Х2 находящегося на одинаковых расстояниях от границы области работоспособности Г) , продолжается аналогично описанному выше. После изменения всех п оптимизируемых параметров в конце первого этапа настройки в многомерном регистре Г) памяти записываются значения X Хд . . .X,{. По команде с шестого выхода блок 1 управления блок 6 вычислений фиксирует координаты отображающей точки X;, - fXi,, . . , ...) (фиГ. 3). определяет расстояние п между точками сравнивает величину с заданной. Если 2 - , - записан гые в многомерном регистре 5 памяти значения оптимизируемых параметров Т: являются оптимальными (фиг. 3) . Если 7jo(v то блок б вычислений подает сигнал на второй вход блока 1 управления, и процесс поиска оптимальных значений оптимизируемых параметров продолжается аналогично. Если при определенном значении Х, равном отображающая точка входит в область компромиссов Гц , а пии изменении Х от imux она не выходит из области G ц. ,т.е. когда область (JK, примыкает к rpaFin области Р, то содержимое реверсивного счетчика 3 является максимальным и на его первом выходе появляется сигнал, который подается на третий вход логического блока 12. При этом на выходе логического блока 12 появляется сигнал, который подается на первый вход блока 1 управлений. Блок 1 управлений подает команду на увеличение содержимого многомерного регистоа 5 памяти на ведичину. Затем ггроцесс оптимизации циклически повторяется. В результате применения предлагаемого оптимизатора расширяются функциональные возможности за счет использования его для выбора таких параметров, при которых объект обладает максимальным запасом работоспособности или максимальной серийнопригодностью. При этом работоспособность объекта можрт определяться многими функиинми качества, в т.ч. и вида да-нет. Кроме того, повышается быстродействие процесса оптимизации за счет исключения перебора всех состояний объекта оптимизации. Формула изобретения Многоканальный автоматический оптимизатор, содержащий многоместный регистр памяти, последовательно сог диненные многомерныя преобразователь код-аналог, многомерный объект оптимизации и одномерный блок измерения функции качества, последовательно соединенные блок управления, генератор тактовых импульсов и реверсивныЯ счетчик, второй вход которого соединен со вторым выходом блока .управления, третий выход которого подключен к первсму входу многомерного регистра памяти, отличаю щ и и с я тем, что, с целью расширения функционгшьных возможностей оптимизатора, он содержит многоразрядный регистр сдвига, блок деления, блок вычисления, блок переключений и последовательно соединенные многомерный блок измерения функции качества и логический блок, соединенный вторым входом с выходом одномерного блока измерения функции качества, третьим входом - с первым выходом реверсивного счетчика, а выходом - с первым входом блока управления, подключенного четвертым выходом к третьему входу реверсивного счетчика, подключенного вторым выходом через блок деления ко второму входу многомерного регистра памяти и непосредственно к первому входу блока переключений, соединенного вторым входом с единичным многомерным выходом многрразрядноге регистра сдвига и третьим входом многомерного регистра памяти, третьим входом - снулевым многомерным выходом многоразрядного регистра сдвига, четвертым входом - с выходом многсмлерного регистра памяти и входом блока вычислений, а выходом - с многомерным преобразователем код-аналог: вход многоразрядного регистра сдвига подключен к пятому выходу блока управления, соединенного шестым выходом со вторым нходом блока вычислений, а вторым входом - с выходом блока вычислений, многомерный выход многомерного объекта оптимизации подключен по входу многомерного блока измерения функций качества.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Авторское свидетельство СССР 276523, кл. G 01 R 31/28,

G 05 В 13/02, 1968.

2,Авторское свидетельство СССР 515084, кл. G 05 В 13/02, 1973 (прототип), .

6ы оЗ§лолаЗ