Идентификатор функций многих переменных Советский патент 1983 года по МПК G05B19/04 

1

.Изобретение относится к технической кибернетике и, в,частности к устройствам для идентификации и управления сложными динамическими объектами.

Известна система идентификации, содержащая, генератор случайных пробных шагов, исполнительные устройства, а также блок для определения знака приращения качества идентификации, связанный с командным блоком, выходы которого подключены к генератору случайных пробных шагов L1 JНедостаток этой системы - малая точность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является идентификатор, содержащий генераторы случайных пробных шагов, блок определения знака приращения, связанный с блоком команд, выход которого подключен к блоку реверса Z.

Недостатком идентификатора является низкая точность, так как генераторы случайных пробных шагов для каждого искомого параметра работают независимо друг от друга и формируют случайные приращения к каждому параметру аппроксимирующей функции, если предыдущий шаг был удачен, т.е. привел к улучшению показателя качества идентификации. При выпуклых гладких функционалах качества, когда начальное значение вектора искомых пара10метров расположено вдали от оптимума, более эффективным является идентификатор, в котором приращение к вектору параметров на текущем шаге сохраняется в случае улучшения каче 5 ства идентификации на предыдущем шаге.

Цель изобретения - повышение точности идентификатора.

Для достижения цели в идентифика20тор, содержащий последовательно соединенные блок ввода значений переменных идентифицируемой функции , блок кодоуправляемых резисторов, сумматор блок оцс нивания качества идентификации, блок определения знака приращения качества идентификации, второй вход которого соединен с аходом блока ввода значений переменных идентифицируемой функции подключенного вто- рым выходом к второму входу блока оце нивания качества идентификации, введены блок реверсивных двоичных счетчиков, троичный сметчик тактовый генераторэ счетчик числа пробных шагов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенные блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок элементов И-НЕ и второй блок элементов последовательно соединенные инвертор первый элемент И. первый и второй элементы задержки, элемент ИЛИ, второй элемент И, подключенный выходом к вторым входам первого и второго блоков элементов И-НЕ. третьи входы которых соединены с первььчи выходами троичного счетчика, подключенно го вторыми выходами к первым входам блока элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛ вторые входы которого соединены с вы ходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного -первым и вторым входами соответственно к выходам второго элемента задержки и инвертора, вход которого соединен с выходом блока определения знака приращения каче ства идентификации и первым входом счетчика числа пробных шагов, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а второй вход к входу троичного счетчика и выходу первого элемента задержки, выход так тового генератора соединен с вторыми входами первого элемента И, эле мента ИЛИ и с входами блока ввода значений переменных идентифицируемой функции, выходы, первые и вторые входы блока реверсивных двоичных счетчиков подключены соответственно к вторым входам блока кодоуправляемы резисторов, к первым входам и выходам второго блока элементов И-НЕ. На фиг. 1 представлена общая блок схема идентификатора; на фиг. 2 схема троичного счетчика, на фиг. 3 и k временные диаграммы работы уст ройства. Идентификатор содержит блок 1 вво да значений переменных идентифицируемой функции, блок 2 кодоуправляемых резисторов, сумматор 3 блок i оцени вания качества идентификации, блок 5 определения знака приращения качеств идентификации , блок 6- реверсивных двоичных счетчиков, троичный счетчик 7, тактовый генератор 8, счетчик 9 числа пробных шагов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, блок 11 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок 12 элементов И-НЕ, второй блок 13 элементов И--НЕ, инвертор 14, первый элемент И 15, первый элемент 1б задержки, второй элемент 17 задержки, элемент ИЛИ 18, второй элемент И 19 сигналы 20-29. В качестве исходных данных для работы идентификатора служит последовательность значений аргументов ,X -и соответствующих им ;и л значений выходной переменной идентифицируемой функции , , . , . , ), заданных в виде таблицы j 1 - 14 i X ... X nw У. У. -. -Yt Л . У ЧИСЛО аргументов идентифицируемой функции; п - число замеров переменных, на базе которых осуществляется идентификация, i - номер текущего замера Задачей идентификации является определение таких значений коэффици,а аппроксимирующей ентов а фу н к ци и -f.4 при которых норма отклонения cf (а,а2,.., --IN-v(a,aa,-,a,)ll, (3) вычисленная для всех замеров переменных, принимает минимальное значение. Вид нормы (3) определяет конкретную реализацию блока k оценивания качества идентификации. В устройстве значения аргументов X-,х, . . . . х формируются на первых вь1ходах ()лока 1 ввода значений переменнь1х идентифицируемой функции, на втором выходе которого формируются значения выходной переменной учения искомых коэффициентов а , а., аrti образуются на выходах блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, поступают на первые входы блока 2 кодо управляемых резисторов, где умножаются на соответствующие значения ар-, гументов х,,Х2, . . . ,хj,,-. На выходе 5 сумматора 3, к входам ключены выходы блока 2 емых резисторов, формируются значения у. аппроксимирующей функции (2) а на выходе блока Ц оценивания каче ства идентификации образуются значе ния нормы(З), которая характеризует точность идентификации при значения коэффициентов а ,а, . . . . В устройстве реализован поисковый алгоритм идентификации с повторением направления удзчного шага, при котором приращение значения вектора коэффициентов да, содержащеесяв тро ичном счетчике 7, сохраняется, и воз вращается в предыдущее состояние в случае неудачного шага. Вариант схемы т-разрядного троичного счетчика 7 представлен на фиг.2 Каждый его разряд содержит два после довательно соединенных D-триггера, где для исключения состояния Ц,, О и Ь 1 сигнал начальной установки и.троичного счетчика 7 подается на 5-вход второго триггера, чей инверсный выход соединен с R-входом первого триггера, который собран по схеме триггера со счетным входом. Каждый j-й разряд троичного счетчика 7 вырабатывает следующие комбинации выходных сигналов: соответствует приращению коэффициента is а; П J 2)и 1 , J С, что соответствует приращению коэффициента &aj , 3)U2 1, UT соответствует приращению коэффициента . Таким образом, сигнал U интерпретируется как модуль приращения коэффициента, а сигнал Ц toK з этого приращения. Блок 11 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блоки 12-13 элементов.И-НЕ совмест но реализуют выражения , )UaoU(2.6 4(аг 4(6) У Чб zfe сигналы управления на соотве1 ствующих выходах блоков 12-13 элементов И-НЕ, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 и второго элемента И 19- В зависимости от состояния троичного счетчика 7 и в соот ветствии с Cta), (4б) блок 11 элемен тов ИСКЛЮЧАНЛЦЕЕ ИЛИ и блоки 12-13 элементов И-НЕ вырабатывают следуюющие комбинации управляющих сигналов:которого под-, кодоуправля9932041) У. , Ц,г1 для хранения значений коэффициен-тов в блоке 6 ре- версивных двоичных счетчиков, 2), - для арифметического суммирования приращений коэффициентов с соответствующими значениями содержимого блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, 3) , I. - для арифметического вычитания приращений коэффициентов от соответствующих аначений содержимого блока 6 реверсивных двоичных счетчиков. Идентификатор работает следующим образом. На шаге идентификации фиксируется значение вектора искомых коэффициентов 3 (, a,) функции (.2). На первые входы блока 2 кодоуправляемых резисторов и на второй вход блока 4 оценивания качества идентификации последовательно подаются значения . столбцов таблицы исходных данных (1 из блока 1 , i 1 , При этом на выходе сумматора 3 образуется последовательность сигналов . После подачи значений последнего п-столбца таблицы (О блок 4 оценивания качества идентификации в соответствии с(3) формирует сигнал, характеризующий оценку качества идентификации на К-м шагеО (ац). После этого тактовый генератор 8 вырабатывает сигнал 27 управления, который прекращает цикл выдачи значений таблицы (1) из блока 1, устанавливает его 8 начальное состояние и запускает блок 5 определения знака приращения качества идентификации. В этом блоке сигнал, характеризующий оценку качества идентификации на К-м шаге, сравнивается с аналогичным сигналом, полученным на (К-1)-м шаге при значении вектора коэффициентов а. Здесь могут быть два исхода : (i)(f(b.}, 5 (Л) cf(aK)/cr(aKH)- 5 (Л Временная диаграмма, представленная на фиг. 3, соответствует исходу (5а), когда качество идентификации лучшается. В этом случае блок 5 опеделения знака приращения качества идентификации выдает сигнал 28, равный 1, который пройдя через инвертор 14, преобразуется в О, закры- вает первый элемент И 15 и поступает на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10. В этот же момент времени на его первом входе существует сигнал О, благодаря чему на его выходе появляется сигнал 25, равный О, который поступает на вторые вх ды блока 11 элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛ Одновременно сигнал 27 с выхода так тового генератора 8, равный 1, приходит через элемент ИЛИ 18, откр тый второй элемент И 19 и поступает на вторые входы блоков 12-13 элемен тов И-НЕ. Сформированные таким об разом значения сигналов 25 и 2б образуют управляющие сигналы дляалгеб раимеского суммирования содержимого соответствующих разрядов троично го счетчика 7 с содержимых блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, т.е для перехода к новому значению вектора коэффициентов а(а. , а ,...а) при сохранении направления поиска, определенного на предыдущем шаге Временная диаграмма, представляющая на фиг, , соответствует исходу (55) , когда качество идентификации не улучшается. В этом случае блок 5 определения знака приращения качества идентификации выдает сигнал 28, равный О, который, про йдя через инвертор 1, преобразуетс в 1, открывает первый элемент И 15 и поступает на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, вызывая единичный сигнал на его выходе 25. Одновременно единичный сигнал 27 с выхо да тактового генератора 8 проходит через элемент ИЛИ 18, открытый второй элемент И 19 и поступает на вто рые входы блоков 12 и 13 элементов И-НЕ. Сформированнь1е таким образом значения сигналов 25 и 2б образуют управляющие сигналы для алгебраичес кого вычитания содержимого соответствующих разрядов троичного счетчика 7 от содержимого блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, т.е. для возврата к значению вектора коэффициентов , а , получемному на шаге К-1. Через интервал времени г, т.е. в момент времени t t -Kt, единичный сигнал 27 прохоЛ о дит через открытый первый элемент И 15, первый элемент 1б задержки и поступает на счетный вход 29 троичного счетчика 7, вызывая изменение его содержимого, т.е. переход к новому направлению поиска коэффициентов. В момент времени ничный сигнал появляется на выходе второго элемента 17 задержки и поступает на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ 10, вызывая единичный сигнал 25 на его выходе, а также через элемент ИЛИ ТВ и открытый второй элемент И 13 поступает на шину 26. Сформированные на интервале времени (t, t) значения сигналов 25 и 26 позволяют выполнить алгебраическое суммирование нового содержимого соответствующих разрядов троичного счетчика 7 с содержимым блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, т.е. дают возможность начать поиск оптимальных значений коэффициентов а, в новом направлении. а, „ . . ,а Если полученный вектор коэффициентов а к вновь приводит к неудачному шагу, то троичный счетчик 7 снова изменяет направление поиска минимума критерия (З в пространстве коэффициентов. В случае неулучшения этого критерия после перебора всех возможных направлений счетчик числа пробных шагов обнуляется и на его выходе образуется нулевой сигнал. Это происходит потому, что при каждом удачном шаге на первый вход счетчика 9 числа пробных шагов поступает единичный сигнал 28 с выхода блока 5 определения знака приращения, который вызывает запись в счетчик 9 числа пробных шагов величины 3, равной количеству всех возможных направлений изменения вектора коэффициентов (а , а, . . . ,Луу,) . При каждом неудачном ujare с выхода второго элемента 16 задержки единичный сигнал поступает на второй вход счетчика 9 числа пробных шагов, вызывая уменьшение его содержимого на единицу. После окончания перебора направлений нулевой сигнал на выходе счетчика 9 числа пробных шагов запирает второй элемент И 19. На выходе 2б формируется О, который переводит блок 6 реверсивных двоичных счетчиков в режим хранения. При этом их содержимое соответствует оптимальным значениям искомых коэффициентов а , а, .... а.,при которых достигнут минимум критерия (3 ) Эти значения коэффициентов и являются результатом работы идентификатора. Таким образом, повышение точности идентификатора достигается за счет реализации режима поиска минимума критерия качества идентификации 8 пространстве коэффициентов, при котором удачно выбранное Hahpaeлеиие поиска сохраняется на каждом шаге до тех пор, пока критерий качества идентификации не начинает ухудшаться. Формула изобретения Идентификатор функций многих пере менных, содержащий последовательно соединенные блок ввода значений пере менных идентифицируемой функции, бло кодоуправляемых резисторов, сумматор блок оценивания качества идентификации, блок определения знака приращения качества идентификации, второй вход которого соединен с входом блок ввода значений переменных идентифици руемой функции, подключенного вторым выходом к второму входу блока оценивания качества идентификации, отличающийся тем, что, с целью повышения точности идентификатора, он содержит блок реверсивных двоичных счетчиков, троичный счетчик тактовый генератор, счетчик числа пробных шагов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛ последовательно соединенные блок элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок элементов И-НЕ и второй блок элементов И-НЕ, последовательно соединенные инвертор, первый элемент И, первый и второй элементы задержки, элемент ИЛИ, второй элемент И, подключенный выходом к вторым входам первого и второго блоков элементов И-НЕ, третьи входы которых соединены с первыми выходами троичного счетчика, подключенного вторыми выходами к первым входам блока элементов ИСКЛРЧАЩЕЕ ИЛИ, вторые входы которого соединены с выходом элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, подключенного первым и вторым входами соответственно к выходам второго элемента задержки и инвертора, вход которого соединен с выходом блока определения знака приращения качества идентификации и первым входом счетчика числа пробных шагов, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а второй вход - к троичного счетчика и выходу первого элемента задержки, выход тактового генератора- соединен с вторыми входами первого элемента И, элемента ИЛИ и с входом блока ввода значений переменных идентифицируемой функции, выходы, первые и вторые входы блока реверсивных двоичных счетчиков подключены соответственно к вторым входам блока кодоуправляемых резисторов, к первым .входам и выходам второго блока элементов И-НЕ. Источники информации, принятые во внимание при экспертизе 1.Патент США W 3697957, кл. G 05 В 13/02, опублик. 19б7. 2,Авторское свидетельство СССР 326550, кл. G 05 В 13/02, 1971 (прототип).

.г

27

28

25

to tr 2 J/

фуг.