Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стохастических объектов

 

< >746543

О П И С Г- Н-

Союз Советских

Соцмалнстнческнх

Республик

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

l

» (6l ) Дополнительное к авт. свнд-ву(22) Заявлено 26.04. 78 (21) 2608780/18-24 с присоединением заявки ¹ (23) Приоритет— (5! )М. Кл.

Q 06 F 15/34

Гасудерственный комнтет

СССР

Опубликовано 07.07.80. Бюллетень № 25 до делам нзобретеннй н открытий (53) УЛК 681.323 (088.8) Дата опубликовании описания 08.07. 80 (72) Авторы изобретения

Б. Тимофеев, Л. Л, Прядкин, Ю. Д, Бондарь и В..М. Никитенко

Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС (7I) Заявитель (54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ

ПАРАМЕТРОВ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ

ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к автоматике . и вычислительной технике предназначено дн настройки в реальном масштабе времени параметров линейных или приводимых к линейным по коэффициентам моделей нестационарных стахастических обьек5 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) (1).

К недостаткам указанного устройства относятся возникающие большие ошибки прогноза при идентификации нестацяонарных обьектов из-за того, .что коэффициент шага с возрастанием номера итерации стремится к нулю.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является адаптивное вычислительное устройство, содержащее аналого-цифровой преобразователь, блок памяти, блок управления, блоки формирования линейно-независимых фу нкций, кольцевой счетчик, регистры сдвига, оперативный регистр, блок скалярного произведения, блок масштаба приращения коэффициентов и ключи, образующие арифметический блок и коммутатор (2).

К недостаткам этого устройства относится большое время ввода устройства в работу из-за большкх ошибок, .возни кающих в начальный период . когда априорные значения коэффициентов взяты произвольно, и большие ошибки прогноза при идентификации нестационарных обьектов из-за невозможности отслеживания изменяющихся коэффициентов объекта вследствие того, что коэффициент шага с возрастанием номера итерации стремится к нулю.

0 «й (3) 45

3 . 7465

Цель изобретения - сокращение вре

Иени ввода устройства в работу и уменьшение ошибки прогноза при идентификации нестационарных объектов.

Поставленная цель достигается тем, 5 что в вычислительное устройство, содержащее коммутатор, вход которого является входом устройства, а выход соединен с информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которого подключен к первому входу блока памяти, выход 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 серии, реверсивный счетчик и блок постоян2р ной памяти, выход которого соединен со вторым входом арифметического блока, а вход подключен к выходу реверсивного счетчика, вход которого соедине«« с выходом регистра серии, первый и второй входы которого под«цпочены соответственно ко второму выходу 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, вход которого соединен с выходом триг- З5 гера начальной настройки.

Предлагаемое вычислительное устройст- во схематически показано на чертеже.

Оно состоит из коммутатора 1, аналого-цифрового преобразователя 2 аналог-4О код, блока 3 памяти, арифмети еского 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 первым входом блока 3 памяти, выход zoторого соединен с первым входом арифм тического блока 4, при этом первый выход последнего соединен со вторым входом блока 3 памяти. Второй выход, арифметического блока 4 соединен с первым входом регистра 6 серии, а третий его выход соединен со входом триггера

5 начальной настройки, выход которого по одной цепи соединен со входом бло ка 9 уйравлеййя, à по другой — со вто43 рым @ходом регистра 6 серии, выход которого через последовательно соединенные реверсивный счетчик 7 и блок 8 постоянной памяти соединен со вторым входом арифметического блока 4; выход блока 9 соединен с управляющими входами всех перечисленных выше признаков.

Коммутатор 1 предназначен для коммутации сигналов, поступающих от датчиков технологического процесса.

Аналого-цифровой преобразователь 2 аналог-код служит для преобразования непрерывных 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 производства арифметических операций по вычислению оценок коэффициентов моделей. Расчет производится последовательно в соответствии с выражениями

Г« и м о,и-a, „ l,N-Л "i,««> (1) М О,И=+o«Л-Л ОИ «Л где «О - ошибка прогноза в М момент времени

1 д „д, „- коэффициенты модели М «( ь у - коэффициент шага; выходная переменная, у, — входная -« -я переменная

1 g

Э которая в общем случае может быть функцией 1(Х)

8 — постоянный нормируюший множитель, равный

В =1/$, х; количество существенных входных переменных.

Триггер 5 начальной настройки предназначен для того, чтобы в устройстве после ввода первого измерения входов и выходов совершались начальные настроечные циклы по вычислению первого значения коэффициентов модели О, >=О 1.",Р

i,Ë до тех пор, пока ошибкаВЛ"/Ул-(8о+g„o,„Х;лц не станет меньше заднего значения Q <

Л

4 4 Введение начальныхнастроечныхциклов устраняет колебания выхода модели, 5 746543

6 обусловленные произвольными априорны- этом блок 8 вьщает максимальное знами значениями коэффициентов, повышает чение шага q 1. точность вычисления оценок в момент Блок 8 постоянной памяти предназнавключения и значительно сокращает вре- чен для хранения чисел гармонического мя ввода устройства в работу. Сигналы 5 ряда, которые испопьзуются в качестве с триггера 5 поступают на блок управле- значений коэффициента шага g -1/5,5=1,),к. ния и на регистр серий. Сигнал с триг- Наибольшее значение К выбирают из гера 5 в блоке управления используется практич ес ких с ообра жений рав ным 32, как условие для микропрограммного авто. Блок применяется для того, чтобы устмата, невыполнение которого ведет к лп ранить операцию деления в арифметичесповторному вычислению коэффициентов КоМ блоке 4 для повышения его быстромодели с данными первого измерения вхо- действия. дов и выхода, В регистре 6 серий сиг- Блок 9 управления, основанный на нал с триггера 5 после каждого цикла микропрограммном автомате, произвовычисления коэффициентов изменяет со- 5 дит переи ючение каналов датчиков,комстояние триггера знака, что приводит к мутатором 1, запускает аналого-цифроуменьшению коэффициента шага по гар- вой преобразователь 2 через заданные моническому закону. промежутки времени, а также осущестРегистр 6 серий состоит из счет- вляет последовательность работы отделчика с триггером знака и служит для вы- gg ных блоков устройства. деления и хранения длины серии, которая Устройство работает следующим представляет собой количество наблюдае- образом. мых подряд одинаковых знаков ошибок прогн за 0 . Если ошибка р на-. -- - ". По сигналам злока управления коммуN каждом шаге в, и, ения ме„„, свой татором 1 производится едовательное

25 знак, что фикси еся триггером знака, подключение сигналов датчиков по входу то сч чик устанавливается в единичное преобразователЯ 2 аналог-код. После состояние. Если триггер знаа фиксирует ний пРоизводит пРеобРазование значениЯ все. время наличие одной серии, то счет- н пр рывного сигнала в цифровУю формУ чик счита до 5 а затем биски ется и подает его в блок 3 памяти. После

Р 30 по входу до тех пор, пока триггер знапреобразования всех сигналов произвока не зафиксирует начало серии другого дится вычисление ошибки прогноза по знака. Счетчик устанавливается в начальное положение при изменении .состояния

На первом цикле вычислении в качесттриггера знака ве значений коэффициентов с, =О,Л," и т иггера знака. 35,м-л

I используются априорные сведения.

Реверсивный счетчик 7 предназначен Полученный знак ошибки прогноза D л для определения адреса текущего значе- засылается в триггер знака регистра 6 ния коэффициента шага н, запоми- серии, а счетчик последнего устанавлинания его до следующего цикла вычисле- вается в единичное состояние. Реверсивний и выдачи адреса в блок 8. Порядко- ный счетчик 7 также устанавливается в вый номер состояния счетчика 7 опреде- единичное состояние, при этом с блока ляет адрес текущего шага в блок 8. Ра- 8 снимается значение шага q „=1. На

У бота счетчика 7 определяется регистром первом цикле призводится сравнение зна6 серии. При длине серии, равной еди45 чения ошибки D с величиной желаемой л нице счетчик 7 увеличивает свое состоя- ошибки А, заданной априорно. Если не-! ние также на единицу. Коэффициент ша- равенство I D4 t (A не выполняется, га, считываемый с блока 8 уменьшается то устанавливается в единичное состояние при этом по гармоническому закону. триггер 5, сигналы с которого поступают

Если длина серии равна двум, то счет- в блок управления для совершения настро56 чик 7 остается в прежнем состоянии. ечных циклов. Настроечные ILIIKJII I заклюПри длине серии равной трем состояние чаются в вычислении коэффициентов модесчетчика 7 уменьшается на единицу, ли по выражениям (1) — (3) с данными когда длина серии остается равной четы- первого измерения входов и выхода. рем, состояние его уменьшается в два Коэффициент шага м при этом изме55 б1 раза (сдвиг в сторону младших разрядов). няется по гармоническому закону.

Если длина серии равна пяти, то млад- После каждого цикла вьиислений коэфший разряд счетчика 7 устанавливается фициентов проверяется неравенство П„)(А . в единицу, а остальные в нуль. При Если оно выполняется, то триггер 5

7 устанавливается в нулевое состояние,. снимается блокировка с блока О.управл ния, а регистр 6 серий и реверсивный счетчик 7 устанавливаются в единичное состояние, при котором с выхода блока

8 считывается ф„=1. После оконФормула изобретения чания начальных настроечных циклов оценки коэффициентов приближаются к истинным значениям коэффициентов, и ошибка прогноза при этом уже не зависит 1Î от априорных значений коэффициентов.

На следующих рабочих циклах производится опрос датчиков и занесение их значений в блок 3 памяти. Производится вы числение ошибки прогноза Х) по выраже-15 нию (11, 746843 8 применять его при автоматическом управе- лении обьектами.

Знак ошибки Q поступает в регистр

6 серии, где определяется длина текущей серии. В зависимости от ее длины

29 счетчик 7 из блока 8 выбирает определенное значение шага q N и подает его в арифметический блок 4. Если регистр 6 серии фиксирует чередование серий длины единица, то из блока 8 и Я

25 считывается последовательность

ОN изменяющаяся По гармоническому закону.

При появлении серии длины "два шаг не изменяется -- . Серия длиной

4Г Р

М вЂ” 4 ЭО три уваличивает значение шага N е который берется равным предыдущему члену гармонической последовательности.

Если наблюдается серия длиной "четыре, то шаг,„ увеличивается в два раза.

Серия длины "пять" вызывает максимальное значение шага g =1. После выбора шага „производится вычисление нулевого коэффициента модели по выражению (2) и коэффициентов соответ»

40 ствующнх отдельным входом по выражению (31. Коэффициент 8 в формуле (3) вычисляется по априорным средним значениям входных переменных и для конкретного объекта является константой.

Использование новых элементов - триь гера начальной настройки, регистра серий, реверсивного счетчика, блока постоянной памяти дает возможность сократить время ввода устройства в работу и уменьшить ошибку прогноза при идентификации

50 нестационарных обьектов, что позволит

Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стахастических обьектов, содержащее коммутатор, вход которого является входом устройства а выход соединен с информационным входом аналог -цифрового преобразователя, выход которого подключен и первому входу блока памяти, выход ко торого соединен с первым входом арифметического блока, первый выход которого подключен ко второму входу блока паымти, управляющие входы коммутатора, аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и арифметического блока сое динены с выходом блока управления, о т л и ч а ю m е е с я тем, что, с целью повышения точности прогноза при идентификации нестационарных обьектов, 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 выходу 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, вход которо го соединен с выходом триггера начальной настройки.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Быпкин Я. 3. Адаптация и обучение в автоматических системах, М., Наука", 1969, с. 206-220.

2, Авторское свидетельство СССР

Ъ 249773, кл. 4 06 P 15/00, 1969. .1,"

746543

Вы од

Составитель В. Жовинский

Редактор Л. Алексеенко Техред Ж. Кастелевич Корректор М. Коста

Заказ 4104/18 Тираж 751 Подднсное

ЦНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открьпий

113035, Москва, Ж35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП Патент, r. Ужгород, ул,, Проектная, 4