Адаптивный прогнозатор производственных показателей

 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления производством . Цель изобретения - повышение точности прогнозирования и расширение функциональных возможностей прогнозатора. Прогнозатор содержит задатчик 1 программного изменения первичного параметра, фильтры 2-8 низкой частоты, блоки 9-15 вычитания, блоки 16-21 умножения , сумматоры 22-28, квадратор 29. блоки 30 и 31 деления и интеграторы 32 и 33. За счет адаптации к ходу производственного процесса повышается точность прогнозирования его хода, включая и его обобщенные параметры.3 ил. 38 39 О Ј О ел 00 ел

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (st>s G 06 F 15/46

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

6ИЫЕЗНЦ атей- 1сиЖЗИ.=,. ВЛАСТЕ;- .!:.

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

J6 лв лу Ю

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4642645/24 (22) 26.01.89 (46) 23.06.91. Бюл. М 23 (71) Сибирский металлургический институт им. Серго Орджоникидзе и Западно — Сибирский металлургический комбинат им, 50-ле. тия Великого Октября (72) В.П. Авдеев, P.Ñ. Айзатулов, В.В. Зимин, С.М. Кулаков, А.Г, Дьячко, А.Я. Егорина и B.В. Павлов (53) 621.396 (088,8) (56) Авторское свидетельство СССР

М 1410060, кл. G 06 F 15/46, 1986.

Ивахненко А.Г. и Лапа В,Г, Предсказание случайных процессов. — Киев: Наукова думка, 1971, с, 162, рис. 80. (54) АДАПТИВНЫЙ ПРОГНОЗАТОР ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ

БЫ „, 1658175 Al (57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления производством. Цель изобретения — повышение точности прогнозирования и расширение функциональных возможностей прогнозатора, Прогнозатор содержит задатчик 1 программного изменения первичного параметра, фильтры 2-8 низкой частоты, блоки 9 — 15 вычитания, блоки 16-21 умножения, сумматоры 22 — 28, квадратор 29, блоки

30 и 31 деления и интеграторы 32 и 33. 3а счет адаптации к ходу производственного процесса повышается точность прогнозирования его хода, включая и его обобщенные параметры. 3 ил.

1658175

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного управления производством, Цель изобретения -- повышение 1очно- 5 сти прогнозирования и расширение функциональных возможностей путем определения интегральных показателей, Прогнозатор обладает способностью адаптивного прогнозирования траектории 10 изменения первичных производственных переменных, расчетных интеграл ь lolx показателей, а также параметрических (козффициентных) показателей производственной системы, К первичным производственным 15 переменным относится, например, объем выпуска продукции за единицу времени (час, смену, сутки). К соответственным расчетным интегральным показателям относится суммарный объем выпуска за период 20 (неделя, месяц), К параметрическим показателям относится, например, коэффициент соответствия между заданным (плановым) и фактическим объемом выпуска продукции, коэффициент удельного расхода сырья и т. 25 и, Прогнозатор позволяет получать упрежда:ощую оценку значений показателей г роиэводственнои системы на отрезке времени от текущего моменга до конца планового периода. При этом главными определяк щи- 30 ми факторами являются: заданные (программные, расчетные) граектории изменения показателей производственной системы на интервале планирования {программирования); фактические траекгории 35 изменения этих показателей на отрез".е времени от начала интервала планирования до текущего момента времени. Наличие TBкого про ноэатора позволяет реа",èçîâàòü причцип управления с прогнозированием и, 40 как следствие, повысить эффективность производственной систсмы.

На фиг. 1 дана схема прогнозатора; на фиг, 2 — схема первого интегрз1ора; на фиг.

3 — временная диаграмма его работы. 45

На флг. 1 приняты следую цие обозначения: x(t+ О) — 1рогнозируемое на интервале времени (t, t + 0) значение пеовичной переменной; Й(т+ 6) — прогнозируемое значение расчетного интегрального r,окаэателя 50

0; К1*, t+ 6) -- нормативный прогноз коэф фициен гэ пропорциональности; х(Ц вЂ” фаг rическое =.начение псрвичной пергменной B момент времени 1; d — параметр идентификацли: 9=- (t" — t) — интервал прогнозиров.-.- 55 ния (разность между конечным: и текущим ,к ь к

t моментами времени) t, t — н чал н.„й и кочечный моменты времен: (раницы интервала программирования рэбо. ы проиэводственной системы), а — параметр расчета интегрального показателя; 0 (t) — заданное (плановое) значение интегрального показателя на момент t . к

Адаптивный прогноэатор содержит задатчик 1 программного изменения первичного параметра, с первого по седьмой фильтры 2 — 8 низкой частоты, с первого по седьмой блоки 9-15 вычитания, с первого по шестой блоки 16-21 умножения, с первого по седьмой сумматоры 22 — 28,квадратор 29, первый 30 и второй 31 блоки деления, первый 32 и второй 33 интеграторы.

На фиг, 1 обозначены входы прогнозатора для измерения первичного параметра

34, для ввода коэффициента идентификации

35, ингервала экстраполяции 36, конечного

37 I, на ального 38 моментов интервала прогнозирования, коэффициента расчета интегрального показателя 39, требующегося значения интегрального показателя 40 и выходы прогнозируемых значений первичного г.оказателя 41, интегрального показателя 42 и расчетного коэффициента интенсивности работы производственной системы 43. Функционально элементы, образующие прогнозэтэр, могут быть объединены в ряд блоков, котор 1» обозначены на чертеже; идентификатор 44, зкстраполятор 45, блок 46 пересчетного прогнозирования, блок 47 расчета

vI, «грального показателя и блок 48 расчета

„озффициента интенсивности работы производственной системы.

Интеграгор 32 включает блоки 49 и 50 оператлвной памяти, генератор 51 импульсов, блоки интегрирования 52, вычитания

53, реле 54 с контактами Р1 и Рр и блок 55 умножения.

Прогнозатор работает следующим образом.

В момент пуска прогнозатора, совпадающего с начальным моментом t интервала планирования рабо. ы производственной системы, с выход". задатчика 1 на вход второго фильтра низкой частоты 3 и вход блока

10 начинает поступать сигнал х*(с) заданной (плановой) траектории изменения первичной переменной. Одновременно на вход 34 поступает сигнал х(т) фактического значения первичной переменной, Индентификатор

44, используя информацию х (t), x(t), формируег о енки коэффициентов модели "задание -- факт" следующего вида:

x (t) = K<(t) + K,x*(t), г . х"(t) — расчетнре значение первичной переменной; Ко(т), Kt(t) — оценки коэффициентов модели, пглччаемые на выходе идентификатора 44 в соответствии с алгоритмом

1658175 с

55 () К () д х с K t t д х

d +(Ox*(t))2

Р

Kp(t) = x(t) - Ксх+(с), где д x(t) = x(t) - x(t) — приращение фактического значения первичной переменной по отношению к ее сглаженному значению х(с); д x*(t) = x*(t) - x*(t) — приращение заданного значения первичной переменной относительно его сглаженного значения x*(t);

Кс(с) — сглаженное значение оценки коэффициента К1(с) на момент времени с;

d — постоянный коэффициент алгоритма идентификации.

Сглаженные значения х(с), x+(t) сигналов

x(t), x*(t) формируются на выходах первого и второго фильтров низкой частоты 2 и 3 соответственно. Приращения б x(t), д х*(с) вычисляются блоками 9 и 10 соответственно.

Сигнал дх(с) поступает на первый вход блока 11, на второй вход которого подается сигнал 1с(с) дх*(с), формируемый на выходе блока 16 умножения. Сигнал разности (д х(с) - Кс(с)д х*(с)) с блока 11 поступает на вход блока 30 деления. Сигнал д x*(t) с выхода блока 10 подается на вход блока 16 умножения и на вход квадратора 29, который совместно с вторым сумматором 23 формирует сигнал (d + (д x*(t))), поступающий на второй вход блока 30, причем константа d подается на вход сумматора 23 с входа устройства 35. На выходе блока 30 выдается сигнал отношения

d +(д x*(t)) который складывается в первом сумматоре

22 с сигналом Kt(t), поступающим на вход сумматора 22 с выхода фильтра низкой частоты 4, на вход которого поступает результат суммирования, а именно сигнал оценки

ki(t). Последний подается также на вход блока 17 умножения, на первый вход которого с выхода второго фильтра 3 низкой частоты поступает сигнал х (t).

Сигнал произведения К1х"(с) с выхода фильтра 3 подается на вход блока 12, на другом входе которого имеется сигнал x(t) с выхода первого фильтра 2 низкой частоты.

На выходе блока 12 имеем сигнал kp(t) оценки коэффициента модели "задание — факт".

Сигналы Kp(t), Kt(t) подаются на соответствующие входы экстраполятора 45(входы седьмого фильтра 8 низкой частоты и шестого блока 14 вычитания и входы пятого фильтра низкой частоты 6 и пятого блока 13 вычитания). Экстраполятор 45 реализует следующий алгоритм

K(t+ 6) = ао + Ь 0; л

К1(с+ 6) - а1+ Ь10, ГдЕ ао, а1, bo, b1 — ПараМЕтри ЭКСтраПОЛятОра 4 ;

Ко(с+ 6), К1(с+ О) — экстраполированные значения оценок коэффициентов Kp(t). К1(с).

Параметры а1. bi экстраполятора 45 оцениваются с помощью двухслойной схемы фильтрации, включающей четвертый 5 и пятый 6 фильтры низкой частоты, соединенные между собой посредством блока 13. При этом на входы фильтра 6 и блока 13 подается сигнал К1(с). С выхода фильтра 6 выдается сигнал а, который подается на сумматор 24 и на вход блока 13, формирующего сигнал разности (К1(с) — ас), подаваемый на вход четвертого фильтра 5, на выходе которого выдается сигнал bt. Аналогичным образом оцениваются параметры ао, bo экстраполятора, Соответствующая двухслойная схема фильтрации включает шестой 7 и седьмой 8 фильтры низкой частоты и блок 14. При этом на вход,ы фильтра 8 и блока 14 подается сигнал Ko(t), а с выхода фильтра 8 выдается сигнал а, который подается на сумматор 25 и на вход блока 14, формирующего сигнал разности (К,(с) - а ), подаваемый на вход шестого фильтра 7, на выходе которого выдается сигнал bo, На вторые входы третьего

18 и четвертого 19 блоков умножения с входа 36 подается сигнал интервала экстраполяции О На выходе блоков 18 и 19 формируются сигналы произведений ЬсО, Ь,О соответственно, которые подаются на входы сумматоров 24 и 25 соответственно.

На выходах сумматоров 24 и 25 формируются сигналы экстраполированных значений коэффициентов К1(с+ 6), Ко(с+ 0) соответственно, которые подаются на входы блока 46 пересчетного прогнозирования блока 20умножения и вход сумматора 27. Блок 46 реализует следующий алгоритм: х(с+ 6) = К,(с+ 0) + Кс(с + 6), x*(t + 0); х*(с+ 6) = x*(t).

Сигнал x*(t) подается на вход блока 20 с выхода второго фильтра 3 на выходе которого формируется сигнал 1((с + 6)х*(с +О ), который подается на вход сумматора 27, формирующего сигнал x(t + 6), выдаваемый на выход 41, а также на вход первого интегратора 32, являющийся одним из входов блока 47 расчета интегрального показателя.

Сигнал момента времени t* подается нэ другой вход интегратора 32 с входа 37. Блок

47 реализует алгоритм

t л к

0 (с ) =а(,/ х(с — с) d т+ f õ(с+О) б О) с н t

0 <т<(t-t"), 0 <0<(ск-с), 1658175 л где a(t) — прогнозируемое на момент времени т значение интегрального показателя работы производственной системы; а — масштабный коэффициент; х(с - t:) — реализация входного сигнала

x(t) устройства на отрезке времени (t", t);

x(t + 6) — реализация прогнозируемого сигнала на интервале (т. t") .

На выходе интегратора 32 формируется

М сигнал f х (t + О) d 0 который подается на

t вход сумматора 26. На входы второго интегратора 33 подаются сигналы x(t) и t" с входов 34 и 38. На выходе интегратора 33 формируется сигнал f х (t — т) d т кото4 рый подается на вход сумматора 26. Выходной сигнал сумматора 26 подается на вход шестого блока 21 умножения, на другом входе которого установлен сигнал а подаваемый с входа 39. Результат умножения— сигнал 0 (t ) подается на выход 42 устройства и на вход блока 48 расчета коэффициента интенсивности (вход блока 15). Блок

48 предназначен для определения таких значений коэффиента К1(1) интенсивности на отрезке времени (т, t ), которые обеспеК

) ивали бы к моменту времени T. равенство (т) = Q*(t ), где Q*(t" ) — заданное (плановое) значение интегрального показателя на конец интервала планирования, Блок 48 реализует следующий алгоритм

К,*(t+ 9=-1. к

Сигнал заданного значения Q*(t ) подается с входа 40 на вход седьмого блока 15 вычитания и на блок 31 деления, С выхоаа блока 15 сигнал разности hQ = (Q(t )-k

-Q*(t )) подается на вход блока 31, на выхок де которого формируется сигнал отношения

hQ/Q*(t ). Последний подается на вход сумк матора 28, на другом входе которого имеется сигнал К1(t+ 0 ), поданный с выхода сумматора 24. Реэул ьтат сумм и рова н ия с выхода сумматора 28 подается на вь ход 43.

Таким образом, на выходах устройства формируются три сигнала: сигнал прогнозил руемого значения x(t+ 0 ) первичной производственной переменной, сигнал прогнозируемого значения Q(t ) интегральной переменной на конец t" интервала планирования, сигнал прогноза требуемого значения Kt (t + 0 ) коэффициента интенсивности работы производственной сист»мы.

Интегратор 32 работает следующим образом.

Входной сигнал x(t + 0 ) поступает на вход блока 49 через контакт Р1, который замыкается с периодичностью, задаваемой генератором 51 импульсов, В моменты размыкания P на выходе блока 49 (в точке А) имеем постоянный сигнал U(A), который через замкнутый контакт Pg поступает на первый вход блока умножения, На второй вход последнего с выхода блока вычитания поступает сигнал разности (1 - t), где с к к сигнал заданного момента окончания ин тервала прогнозирования, с — сигнал текущего момента времени, который формируется на выходе блока интегрирования прямоугольных импульсов. Генератор

51 вместе с блоком 52 играет роль датчика те рвуще о времени, который включается в. момент г,уска устройства. Сигнал произведения U(A) - х т + 0 )(t — т), появляющийся на выходе блока умножения (в точке В), является оценкой интеграла к

jx(1+0)d0, которая запоминается

t блоком 50. На выходе последнего имеется сигнал кусочно — ступенчатого вида, уменьшающийся по мере уменьшения разности (1к-)

Временная диаграмма, поясняющая работу блоков интегратора 32 представлена на фиг. 3. Точность оценивания интеграла в рассмотренной схеме определяется, главным образом, частотой сигнала прямоугольной волны, формируемого генератором 51.

Чем выше частота, тем точнее экстраполируется сигнал x(t + 0 ) и, как следствие, точнее оценивается искомый интеграл.

Гаким образом, интегратор 32, содержащий описанные блоки, интегрирует прогноэируемый (экстраполируемый посредством

"простой сдвижки") сигнал x(t+ 0 ).

Формула изобретения

Адаптивный прогнозатор производственных показателей, содержащий семь фильтров низкой частоты и первый и второй сумматоры, вход пер:oro слагаемого первого сумматора соединен с выходом третьего фильтра низкой частоты, вход первого слагаемого второго сумматора является входом прогнозатора для задания коэффициента идентификации, вход первого фильтра низкой частоты связан с входом прогнозатора для измерения первичного параметра, о т л и ч а ю шийся тем, что, с целью повышения точности прогнозирования и расширения функциональных возможностей путем определения интегральных показателей, в прогнозатор введены задатчик программного изменения первичного параметра, семь блоков вычитания, шесть блоков умноже1658175

10 ния, сумматоры с третьего по седьмой, квадратор, два блока деления, первый и второй интеграторы, входы сброса и выдачи результата интегрирования которых соединены соответственно с входами прогнозатора для подачи сигналов о начале и конце ин гервлла прогнозирования, информационный вход второго интегратора и вход уменьшаемого первого блока вычитания связаны с входом прогнозатора для измерения первичного параметра, вход вычитаемого первого блока вычитания и вход уменьшаемого четвертого блока вычитания подключены к выходу первого фильтра низкой частоты, выход первого блока вычитания соединен с входом уменьшаемого третьего блока вычитания, вход вычитаемого которого связан с выходом первого блока умножения, а выход — с входом делимого первого блска деления, вход делителя которого подклю-.ен к выходу второго сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с выходом квадратора, вход которого и вход первого сомножителя первого блока умножения связан с выходом второго блока вычитания, вход уменьшаемого и вход второго фильтра низкой частоты подключнены к выходу задагчика программного изменения первичного параметра, выход второго фильтра низкой частоты соединен с входом вычитаемого второго блока вычитания и с входами первых сомножителей второго и пятого блоков умножения, вход второго сомножителя первого блока умножения связан с выходом третьего фильтра низкой частоты, вход которого, вход четвертого фильтра низкой частоты и вход второго сомножителя второго блока умножения подключены к выходу пятого блока вычитания, вход уменьшаемого которого и вход пятого фильтра низкой частоты соединены с выходом первого сумматора, а вход вычитаемого и вход первого слагаемого третьего сумматора связаны с выходом пятого фильтра низкой частоты, выход первого блока деления подключен к входу второго слагаемого первого сумматора, вход вычитаемого четвертого блока вычитания соединен с выходом второго блока умножения, а выход — с входом седьмого фильтра низкой частоты и с входом уменьшаемого шестого блока вычитания, вход вы5

50 читаемого которого и вход первого слагаемого четвертого сумматора связаны с выходом седьмого фильтра низкой частоты, выход шестого блока вычитания подключен к входу шестого фильтра низкой частоты, выход которого соединен с входом первого сомножителя четвертого блока умножения, выход которого связан с входом второго слагаемого четвертого сумматора, а вход второго сомножителя и вход первого сомножителя третьего блока умножения подключены к входу прогнозатора для задания интервала экстраполяции, вход второго сомножителя третьего блока умножения соединен с выходом четвертого фильтра низкой частоты, а выход — с входом второго слагаемого третьего сумматора, выход которого связан с входом первого слагаемого седьмого сумматора и входом второго сомножителя пятого блока умножения, выход которого подключен к входу первого слагаемого шестого сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с выходом четвертого сумматора, а выход, служащий выходом прогнозатора для выдачи прогноэируемого значения первичного показателя, связан также с информационным входом первого интегратора, выходы первого и второго интеграторов подключены к входам двух слагаемых пятого сумматора, выход которого соединен с входом первого сомножителя шестого блока умножения, вход второго сомножителя которого является входом прогнозатора для задания коэффициента расчета интегрального показателя, выход шестого блока умножения является выходом прогнозатора для выдачи прогнозируемого значения интегрального показателя и связан с входом уменьшаемого седьмого блока вычитания, выход которого подключен к входу делимого второго блока деления, а вход вычитаемого и вход делителя второго блока деления подключены к входу прогнозатора для задания требуемого значения интегрального показателя. выход второго блока деления соединен с входом второго слагаемого седьмого сумматора, выход которого служит выходом прогнозатора для выдачи рассчитанного коэффициента интенсивности работы производственной системы, 1658175

1658175 х (t+9) и(И

U(B)

Составитель В. Воронников

Редактор Н. Лазаренко Техред М.Моргентал Корректор M.Êó÷åðÿâàÿ

Заказ 1714 Тираж 423 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101