Идентификатор функций многих переменных

 

О-0 И С А Н И Е

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Республик (ii>993204

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (6! ) Дополнительное к авт. саид-ву (22) За я влено 05. 02 . 81 (21) 3243351/18- 24 с присоединением заявки М (23) Приоритет

Опубликовано 30.01,83. Бюллетень Юв 4

Дата опубликования описания 30 .01. 83 (51)М. Кл.

G 05 В 13/02

1веударстееллыл о я0 делам лзобретеклк и етерытик (53) УДК 62-50 (088.8) (72) Авторы изобретения

Е. А. Белозерский и В. П.Жабеев

Киевское проектно-конструкторское бюро автоматизированнйх систем управления (7l ) Заявитель (54} идентификдтоР функЦий многих

ПЕРЕМЕННЫХ

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

Известна система идентификации, содержащая. генератор случайных проб.ных шагов, исполнительные устройства, а также блок для определения знака приращения качества идентификации, связанный с командным блоком, выходы которого подключены к генератору случайных пробных шагов f 1 ).

Недостаток 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 (2).

Недостатком идентификатора является низкая точность, так как генера2 торы слу чайных пробных ша гов 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 пара" метров расположено вдали от оптимума, более эффективным является идентификатор, в котором приращение к вектору параметров на текущем шаге сохраняется в случае улучшения качества идентификации на предыдущем шаге.

Цель изобретения - повышение точности идентификатора.

Для достижения цели в идентификаго тор, содержащий последовательно соединенные блок ввода значений переменных идентифицируемой функции, блок кодоуправляемых резисторов, сумматор х х х ...х„ (3) Х vn Х vn Х у Я ° . ° X wv

У Ул У, ° ° ° У„ блок оценивания качества идентификации р блОк ОпреДелен ия знака прира щения качества идентификации,. Второй вход которого соединен с входом блока Ввода знач= íèé :,переменных идентиФицируемой Функции подключенного вторым выходом к второму Входу блока оценивания качества идентификации, введены блок реверсивных двоичных счетчиков, троичный счетчик, тактовый ге- 1О нератор,. счетчик числа пробных шагОВ, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, последовательно соединенные блок элементов

ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, первый блок элементов И-НЕ и -торой блок элементов И-НЕ 15 последова <епьHQ соединен ible инвертор, первый э33емен И . пер вь Й и элемен3ы задержки, элемент ИЛИ, второй элемент И, подключенный Выходом к вторым Входам пеивогo и Второгo блоков элеме"ioB И-Н:.::-, трет ьл входы которых соедине - ы с первыми ьыходами Tðoè÷íîão счетчика, подключенногo Вторыми Выходами к первым Вхо дам блока элеменioa ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ,д

BTOPbl ВХОДЫ l

35 к ВхОду TДОичнОГo с4еT÷èка и Выходу перВОГО элемент а задержки, ВыхОд так тового генератора соединен с вторыми Входами первого элемента И, эле—

40 мента ИЛИ и с Входами блока Ввода значений переменных идентифицируемой функции, выходы, первые и Вторые входы блока реверсивных двоичных счетчиков подключены Bool ветственно

45 к вторым входам блока кодоуправляемых резисторов, к первым Входам и выходам второго блока элементов И-HE.

На фиг. 1 представлена Общая блоксхема идентификатора, на фиг. 2 схема троичного счетчика, на фиг. 3 и 4 - временные диаграммы работы устройства.

Идентификатор содержит блок 1 ввода значений переменных идентифицируемой функции, блок 2 кодоуправляемых резисторов, сумматор 3, блок 4 оцениВания качества идентификации, блок 5 определения знака приращения качества

64 4 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 16 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 х, х,, . ..х и соответствующих им

21 1 значений выходной переменной идентиФицируемой функции у. =1(х „, х х ), заданных в виде таблицы

VII где m - -число аргументов идентифицируемой функции ;

n — число замеров переменных, на базе ко1орых осуществляется идентификация, номер текущего замера

Задачей идентификации является определение таких значений коэффициеНТоВ а,а,...,а аппроксимирующей

1 2 ю1 функции л m =) 1 - ) " (2) при которых норма От клонения

d (С1 Я, ",Ощ) = II 3f- 01, a,- )П„„))), (Я

Вычисленная для всех замеров переменных, принимает минимальное значение.

Вид нормы 3 ) определяет конкретную реализацию блока 4 оценивания качества идентификации.

В устройстве значения аргументов х,х „,...,x „ формируются на первых 1 1 выходах блока 1 ввода значений nepeHeHHbix идентифицируемой функции, на втором Выходе KQTopolo формируются значения выходной переменной у.. Зна1 чения искомых коэффициентов а, а

3 а образуются на выходах блока 6 реВерсивных двоичных счетчиков, поступают на первые входы блока 2 кодо" управляемых резисторов, где умножаются на соответствующие значения ар-, гумент ов xÄ, x2„,...,x ;. На выходе

9932

45 сумматора 3, к входам которого под-. ключены выходы блока 2 кодоуправляемых резисторов, формируются значения у ° аппроксимирующей функции (2 ), а на выходе блока 4 оценивания качества идентификации образуются значения нормы(3 ), которая характеризует точность идентификации при значениях коэффициен1ов а,а,...а„„.

В устройстве реализован поисковый алгоритм идентификации с повторением направления "удачного" шага, при котором приращение значения вектора коэффициентов ba, содержащееся ° в троичном счетчике 7, сохраняется, и воз- » вращается в предыдущее состояние в случае "неудачного" шага.

Вариант схемы m-разрядного троичного счетчика 7 представлен на фиг.2

Каждый его разряд содержит два после- 20 довательно соединенных О-триггера, где для исключения состояния U g 0 и Ь „=1 сигнал начальной установки

U 1роичного счетчика 7 подается на

S-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 30 выходных сигналов:

1) О = О, U „= С, что соот ветствует о приращению коэффициен1а а =0, 2) U =1, U „= 0, что соотг ветствует ао приращению коэффициента ьа — — +1, 35

3) U =1, U =1, что соот ветствует

2л приращению коэффициента да =-1.

Таким образом, сигнал И интерпретируется как модуль приращения коэффициен1а, а сигнал Н2„— как знак 4О этого приращения.

Блок 11 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блоки 12-13 элементов И-НЕ совместно реализуют выражения

24 0 Ъ ХО()0.6 где (» 4„< х6 лы упр ления на соотве ствующих выходах

50 блоков 12-13 элементов И-НЕ, элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10 и второго элемента И 19. В зависимости от состояния троичного счетчика 7 и в соответствии с (4а), (4б) блок 11 элементов ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ и блоки 12-13 элементов И-НЕ вырабатывают следуюющие комбинации управляющих сигналов:

04 6

1) U =1 0 =1 - для хранения 3: айЪ 0ф чений коэффициентов в блоке 6 реверсивных двоичных счетчиков, 2) 1. 0, 1! у1 - для арифметического суммирования приращений коэффициентов с соответствующими значениRMH содержимого блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, 3) U -1, Ц =0 - для арифметического вычитания приращений коэффициентов от соответствующих значений содержимого блока 6 реверсивных двоичных счетчиков.

Идентификатор работает следующим образом.

На К-и шаге идентификации фиксируется значение вектора искомых коэффициентов а =(а„, а „,...,а ) функции (2). На йервые входы блока 2 ко" доуправляемых резисторов и на второй вход блока 4 оценивания качества идентификации последовательно подаются значения х,х,...,x .ó„. столбцов таблицы исходных даннйх (1) из блока 1, i =1, и. При этом на выходе сумматора 3 образуется последол вательность сигналов у„ . После подачи значений последнего и-столбца таблицы (1) блок 4 оценивания качества идентификации в соответствии с(3} формирует сигнал, характеризующий оценку качества идентификации на К-м шаге О (а<) .

После этого 1актовый генератор

8 вырабатывает сигнал 27 управления, который прекращает цикл выдачи значений таблицы (1) из блока 1, устанавливает его в 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-l)-м шаге при значении вектора коэффициентов а Здесь могут быть два исхода:

4 (0К} б (О ), (a)

d (О1))rд (а, „). 5(й

Временная диаграмма, представленная на фиг. 3, соответствует исходу (а), когда качество идентификации улучшается. В этом случае блок 5 определения знака приращения качества идентификации выдает сигнал 28, равный "1", который пройдя через инвертор 14, преобразуется в "0", закрывает первый элемент И 1 и поступает

993204

45

50 на второй вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10. В этот же момент времени на его первом входе существует сигнал "0", благодаря чему на его выходе появляется сигнал 25, равный !

I I1

0, который поступает на вторые входы блока 11 элементов ИСКЛЮЧАЩЕЕ ИЛИ.

Одновременно сигнал 27 с выхода тактового генератора 8, равный проходит через элемент ИЛИ 18, открытый второй элемент И 19 и поступает на вторые входы блоков 12-(3 элементов И-НЕ, Сформированные таким образом значения сигналов 2 и 26 образуют управляющие сигналы для алгебраического суммирования содержимого соответствующих разрядов троичного счетчика 7 с содержимых блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, т.е. для перехода к новому значению вектора коэффициентов а=(а а ...а ) ! 2. при сохранении направления поиска, определенного на предыдущем шаге К-1.

Временная диаграмма, представгяющая на фиг, 4, соответствуе1 исходу (5б), когда качество идентификации не улучшается. В этом случае блок р определения знака приращения качества идентификации выдает сигнал 28, равный 0, который, пройдя через инвертор 14, преобразуется в 1, открывает первый элемент И 1) и поступает на второй вход элемента

ИСКЛ(0ЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, вызывал единичный сигнал на его выходе 25. Одновременно единичный сигнал 27 с выхода .(актового генератора 8 проходит через элемент ИЛИ 18, открытый второй элемент И 19 и поступает на вторые входы блоков 12 и 13 элементов

И-НЕ. Сформированные таким образом значения сигналов 25 и 26 образуют управляющие сигналы для алгебраического вычитания содержимого соответствующих разрядов троичного счетчика 7 от содержимого блока 6 реверсивных двоичных счетчиков, т.е. для возврата к значению вектора коэффициентов а=(а(, а,...,а ), полученному на шаге K-1. Через интервал времени -г;, т .е. в момент времени единичный сигнал 27 проходит через открытый первый элемент

И 1, первый элемент 16 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 С =С„ + С единичный сигнал появляется на выходе второго элемента 17 задержки и поступает на первый вход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ 10, вызывая единичный сигнал 25 на его выходе, а также че" рез элемент ИЛИ 18 и открытый второй элемент И 19 поступает на шину

26, Сформированные на интервале времени (т., с. ) 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„, а,...,а в новом направлении.

Если полученный вектор коэффициентов а к вновь приводит к "неудачному шагу, то троичный счетчик 7 снова изменяет направление поиска минимума критерия (3 ) в пространстве коэффициентов. 8 случае неулучшения этого кр итерия 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„, а,,...,аи ). При каждом

"неудачном лаге 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 нуг(евой сигнал на выходе счетчика 9 числа пробных шагов запирает второй элемент И 19. На выходе 26 формируется 0, 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 идентифика9932 ции в пространстве коэффициентов, при котором удачно выбранное направление поиска сохраняется на каждом шаге до тех пор, пока критерий качества идентификации не начинает ухудшаться, формула изобретения

Идентификатор функций многих переменных, содержащий последовательно соединенные блок ввода значений переменных идентифицируемой функции, блок кодоуправляемых резисторов, сумматор, 15 блок оценивания качества идентификации, блок определения знака приращения качества идентификации, второй вход которого соединен с входом блока ввода значений переменных идентифици- 20 руемой функции, подключенного вторым выходом к второму входу блока оценивания качества идентификации, о т л и чающий с я тем, что, с целью повышения точности идентификатора, он содержит блок реверсивных двоичных счетчиков, троичный счетчик, тактовый генератор, счетчик числа пробных шагов, элемент ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ последовательно соединенные блок эле- 30 ментов 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 пер04 10 вого и второго блоков элементов И-НЕ, третьи входы которых соединены с первыми выходами троичного счетчика, подключенного вторыми выходами к первым входам блока элементов ИСКД9ЧА"

ЮЩЕЕ 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 ша" гов, выход которого подключен к второму входу второго элемента И, а второй вход - к входу троичного счетчика и выходу первого элемента задержки, выход тактового генератора соединен с вторыми входами первого элемен« та И, элемента ИЛИ и с входом блока ввода значений переменных идентифицируемой функции, выходы, первые и вторые входы блока реверсивных двоич" ных 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 CiilA 1 3697957 кл. G 05 В 13/02, опублик. 1967 °

2. Авторское свидетельство CCCP

N 326550, кл. G 05 В 13/02, 1971 (прототип).

993204

27 e tP Z 8т

Фиг. 4 ï 6, Составитель В.Кузин

Редактор E.Лушникова Техред К.Мыцьо -; Корректор M.Øàðîàè

Заказ 455/63 Тираж 872 Подписное

ВКИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, N-35, Раувская наб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4