Идентификатор параметров стохастического динамического объекта

СОЮЗ ССВЕТСКИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИК 1255 05 В 11/1 ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ ВТОВСКОЬЮ СВИДЕТЕЛЬСТВУ системы управлени О, с.164-170.Основы теории обуч М.: Наука, 1970,;.5 СУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ(71) Московский ордена Ленина и ордена Октябрьской Революций авиационный институт им. Серго Орджоникидзе(56) Саридис Дж. Самоорганизующиесястохастические я.М.: Наука, 198Цыпкин Я.Зающихся систем.с.40-45.Петров А.И. Синтез оптимальныхсамонастраивающихся систем стабилизации динамических характеристик постатистическому критерию качества. -"Известия АН СССР. Техническая кибернетика", 1970, У 2, с.222-233,Балашов Е.П.,Пузанков Д,В. Микропроцессоры и микропроцессорные системы. М.: Радио и связь, 1981, с.326.Справочник ро нелинейным схемам.Под ред, М.М. Шейнголда. Мир, 1977,2(54) ИДЕНТИФИКАТОР ПАРАМЕТРОВ СТОХАСТИЧЕСКОГО ДИНАМИЧЕСКОГО ОБЪЕКТА. ,(57) Изобретение относится к системам идентификации параметров динамических объектов и позволяет повысить быстродействие, точность помехозащищенность и расширить функциональные возможности. Изобретение дополнительно содержит блок усиления, второй нелинейный .преобразователь, третий блок задержки, восьмой блок умножения, блоки памяти, последовательно соединенные четвертый блок умножений, первый нелинейный преобразователь, пятый блок умножения, четвертый блок суммирования, шестой и седьмой блоки умножения. Дополнительно установленные элементы идентификатора поз" воляют расширить функциональные возможности, повысить точность быстродействия и помехозащищенность, 1 ил.й 1Р 1 Составитель И. ЕвдокимовРедактор ПКоссей Техрвд И.Ходанич Корректор И. Ма нец Тираж 836 Подписосударственного комитета СССРелам изобретений и открытийосква, Ж, Раушская наб., д. 4/ роизводственно-полиграфическое предприятие. город, ул. Проектна 822/47 ВНИИПИ по 113035Изобретение относится к области управления динамическими объектами в условиях неопределенности и может найти применение в адаптивных системах и устройствах для определения характеристик стохастических динамических объектов.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей, повышение быстродействия, точности и помехозащищенности устройства.Иа фиг.1 приведена функциональная блок-схема идентификатора параметров стохастического динамического объекта, на фиг,2 - 17 - пример реализации блоков, входящих в состав предлагаемого устройства. 10 Идентификатор содержит последовательное соединение настраиваемой мо дели объекта 1, первого блока 2 суммирования, первого блока 3 умножения, второго блока 4 умножения, второго блока 5 суммирования, первого блока 6 задержки и четвертого блока 7 умножения, последовательное соединение первого нелинейного преобразователя ,8, пятого блока 9 умножения, четвертого блока 10 суммирования, шестого 11 и седьмого 12 блоков умножения, 30 последовательное соединение третьего блока 13 умножения, третьего блока 14 суммирования, блока 15 усиления и блока 16 обращения матрицы, второй блок 17 задержки, второй нелинейный преобразователь 18, третий блок 19 задержки, восьмой блок 20 умножения, первый 21, второй 22, третий23 блоки памяти, генератор 24 тактовых импульсов, Первый вход настраиваемой модели объекта 1 соединенс шиной входного сигнала объектавторой ее вход соединен с выходом четвертого блока 7 умножения,третий вход соединен со вторым блоком 22 памяти. Второй вход первогоблока 2 суммирования соединен с шиной измеряемого выходного сигналаобъекта г(К+1), второй вход первогоблока умножения 3 соединен с выходом 0седьмого блока 12 умножения, второйвход второго блока 4 умножения соединен с выходом блока 16 обращенияматриць 1, вход второго блока 17 задержки соединен с выходом блока 15 уусиления, а выход соединен с вторымвходом третьего блока 14 суммирования, Первый вход третьего блока 1 У умножения соединен с выходом седьмого блока 12 умножения, а второй вход соединен с выходом шестого блока 11 умножения. Вторые входы четвертого 7 и пятого 9 блоков умножения соединены с первым блоком 21 памяти, второй вход шестого блока 11 умножения соединен со вторым блоком 22 памяти. Третий блок 23 памяти соединен со вторым входом седьмого блока 12 умножения. Второй вход второго блока 5 суммирования соединен с выходом первого блока 6 задержки. Первые входы нелинейных преобразователей 8 и 18 соединены с пер. вым входом настраиваемой модели объекта, вторые вхоцы соединены с выходом четвертого блока 7 умножения, третьи входы соединены с вторым выходом настраиваемой модели объекта 1, а выходы соединены с первыми входами пятого 9 и восьмого 20 блоков умножения соответственно, Второй вход восьмого блока 20 умножения соединен с выходом третьего блока 19 задержки, а выход соединен со вторым входом четвертого блока 10 суммирования, выход которого соединен со входом третьего блока 19 задержки, Генератор 24 тактовых импульсов соединен сблоками 21-23 памяти.Идентификатор параметров стохастического динамического объекта работает следующим образом.На выходе первого блока суммирования формируется сигнал невязки ьг 1 с+1= г 1 с+15 -ЬПс+15 хИс+15.Векторный сигнал гЬ+15 измеряется на выходе объекта, описываемого уравнениямих 1 с+15 (17 х 5 дЦ у .Е 5 ) фг 1 с+1= Ь 1 с+1 х 1 с+157 Е+15, гдк хЕ 5- вектор состояния объекта,81 с 5 иг+15 - векторы измеряемых входныхи выходных сигналов объекта,711+15 - векторный гауссовский шумс нулевым математическим ожиданием и положительно определенной матрицей ин- тенсив ности К1+ 15;И- вектор случайных параметров объекта, изменение которых может быть описано в виде 1 с=ю 11 с 1 Ч12559 1 О У - случайный вектор с заданным математическим ожиданием ш и ковариационнойматрицей Р;Ь 1 с+1 5Ч 1 с - известные матричные функции времени,ф(.) - нелинейная непрерывно дифференцируемая векторнаяфункция.Векторный сигнал Ь 1 с+1 х 1 с+1формируется на первом выходе настраиваемой модели объекта 1, описываемойуравнениемлх 1+1 =И 1,хй дЦ,1 И, 5где 1 Ц - оценка вектора параметровобъекта )с 1, которая формируется навыходе четвертого блока 7 умноженияв виде 1 И=11 с) 7 Ц причем на первый вход этого блока подается вектор Оный сигнал 11 Я , а на второй еговход - известный матричный сигналЦ . Векторный сигнал ЙИ являетсяоценкой параметров Ч, определяемойуравнением25Й 1 с+1 = б 1 с+Ь1 с+11 с+11 Ь г 1 с+1матрица функций чувствительности выходных коор 30динат объекта к влияниюотклонений действительныхзначений идентифицируемых параметровБ от их оценок Щ)с 1, равная К)с+ 1 ==Ь 1 с+1 х 1 с+1, где х 1 с+1 - матриОца функций чувствительности векторасостояния объекта к влиянию отклонений действительных значений идентифицируемых параметров 0 от их оценокИИ, равнаяО х 1 г 40х 1 с+13 =Р (1 с,хИ, 81 с, )Ц)х 11 с 3+.Щ= Щ,матрица Ь 1 с+1 определяется уравнениемЬ )с+1) =а(Ь М +Г 1 с+1) К 1 с+ ЦГ )с+Ц), ЬОЗ=Р .Матричные функции .сРи Рреализуются в первом 8 и втором 18нелинейных преобразователях соответ.ственно. Матричные сигналы 9"( )У 1 с 3,9 х 1 с 3 формируются в пятом 9х О 914и восьмом 20 блоках умножения соото ветственно, Матричный сигнал х )с+13 формируется на выходе четвертого блока 10 суммирования. В третьем блоке 19 задержки осуществляется задержка сигнала х )с+Ц на один такт. На выОходе шестого блока 11 умножения Формируется матричный сигнал.Г 1 с+Ц =Ь 1 с+11 х" 1 с+Ц.тМатричные сигналы Г 1 с+11 К )с+1 и й 1 с+Ц К1 с+13 Е 1 с+Цформируются в седьмом 12 и третьем 13 блоках умножения соответственно. В третьем блоке 14 суммирования формируется матричный сигнал Ь 1 с 3 +Г 1 с+1)К1 с+1 Г 1)с+Ц . На выходе блока 15 усиления формируется матричный сигнал Ь 1 с+1 . Коэффициент усиления блока а с 1 выбирается, исходя из максимальной скорости дрейфа вектора параметров в реальной системе, начальное значение Ьо 1 выбирается, исходя из диапазона начальных ошибок идентификации, и определяет скорость переходного процесса идентификации, Во втором блоке 17 задержки осуществляется задержка сигнала Ь 1 с+13 на один такт. В блоке 16 осу-ществляется обращение матрицы Ь 1 с+13 В первом блоке 3 умножения осушествляется перемножение сигналов К 1 с+Ц: К 1 с+Ц и Ьг 1 с+Ц . Во втором блоке 4 умножения перемножаются сигналы й 1 с+Ц К 1 с+Ц йг 1 с+Ц и Ь 1 с+Ц, На выходе второго блока 5 суммирования формируется векторный сигнал лУ 1 с+1. Первый блок 6 задержки осу-: ществляет задержку этого сигнала на один такт. В первом блоке 21 памяти содержатся элементы матрицыЧИ, во втором блоке 22 памяти содержатся элементы матрицы )т 1 с+13, в третьем блоке 23 памяти содержатся элементы матрицы К 1 с+1 . Выборка элементов матриц из памяти осуществляется по командам генератора тактовых импульсов.Включение в идентификатор нелинейных преобразователей, четвертого блока суммирования, третьего блока задержки,. пятого, восьмого и шестого блоков умножения и первого и второго блоков памяти обеспечивает формирование функции чувствительности выходных координат объекта к влиянию отклонений действительных значений идентифицируемых параметров 0 от их оценок ПИ, получаемых на выходеЗ 5991 Еность процессов идентификации на 50707, а точность повысить на 30-407.Блоки памяти представляют собойстандартные блоки ОЗУ и могут быть5 реализованы на стандартных элементах. Остальные блоки устройства реализуются ва известных элементах аналого-цифровой вычислительной техники.10 Рассмотрим пример реализацииидентификатора параметров стохастического динамического объекта видах, 1 с+ Ц = хЦ;15 хЕ+1-л И х 1 В 3+х И+И КИ;В+11= 1,11 с+1 х 11 с+Ц+7 1 с+11где х,1 с,х Е 3 - координаты состояния объ 20 екта,к 1+11 - измеряемый выходной сигнал объекта,яИ - входной сигнал объекта,7%+11 - гауссовский дискретный25 шум с нулевым математическим ожиданием и интенсивностью И 1 с+13;1 фс+13 - скалярная Функция;,Ц,ЗО ) 1 с - неизвестные параметрыобъекта, равные11 Ь 1= Ч 1 с 3 НЧ Ц=УЦ ц,;О, 11 в , случайные величины с заданным математическиможиданием ш и ковариацион.ной матрицей Р.Для данного объекта в соответствии с принятыми обозначениями нелищ 0 нейная непрерывно.дифференцируемаявекторная функция Р( ) имеет вид 3 12 первого блока задержки, что позволяет осуществить с высокой точностью идентификацию параметров линейных и нелинейных объектов в широком диапазоне изменения их параметров. Включение четвертого блока умножения и первого блока памяти обеспечивает высокое быстродействие устройства при оценивании параметров объекта 1 Щ , подверженных быстрым изменениям во времени. Сигналы, Формируемые с помощью седьмого блока умножения и третьего блока памяти, обеспечивают эффективное уменьшение влияния помех при изменении их интенсивностей в широком диапазоне. Включение блока усиления позволяет обеспечить стабильную динамику процессов идентификации при изменении уровня рабочих сигналов в широких пределах, а также ограничение памяти идентификатора, что приводит к эффективной работе устройства при дрейфе параметров объекта П. Все введенные блоки в комплексе обеспечивают автоматическую развязку каналов при идентификации нескольких параметров одновременно и координацию сигналов, поступающих на устройство с различных датчиков информации.Отмеченные свойства позволяют применить предлагаемое устройство для оценки неизвестных параметров динамических нелинейных объектов в случае нескольких измеряемых выходных сигналов, при существенном изменении интенсивностей помех,притдрейфе неизвестных параметров объекта, а также повышает быстродействие, точность и помехозащищенность процессов идентификации, что подтверждается применением предлагаемого устройства при исследовании систем стабилизации и навигации летательныхаппаратов, Расчеты и моделирование ф, М ф, к 3 Ях Ц+х+ Ц я 1 с х 1 с+1 = х 1 И;К+11=1,Щ К +х Ифс 3дЕ 3;я 1 с+1 = Ь 1 с+Ц х,.1 с),где х Цс, х Ц - координаты состоя -1,ния модели объекта,показывают, что в отличие от известного устройства изобретение эффектив- Настраиваемая модель объекта но функционирует при идентификации (фиг.1 - блок 1) описывается уравнекак линейных, так и нелинейных объ киями ектов с несколькими зашумленными выходными сигналами при произвольном расположении неизвестных параметров в структуре объекта, существенном дрейфе этих параметров во времени. Например, для одной из конкретных систем применение лредлагаемого устройства позволяет уменьшить длитель1255991динен с выходом четвертого блока 7умножения.Второй нелинейный преобразователь (блок 18, фиг.1) формирует сигХ 15 нал Р ( ), равный 45 к с+"1 - выходной сигнал мо 2 Мдели;л л"1 с 1,Ч И - оценки неизвестных2параметров объекта.Функциональная блок-схема настраиваемой модели объекта приведена на фиг.2 Она реализуется с помощью умножителя 1-1, осуществляющего умножение сигналов цс 1 и Ч 1 с 7, суммато - ра 1-2, осуществляющего суммированиесигналов Ч1 с 1яИ, х Ц и Ч Ы ..х К 7,первого блока 1-3 задержки,1 иформирующего сигнал х. 1 с 1,второгоблока задержки 1-4, формирующего сигнал х с 7, второго умножителя1 М1-5, осуществляющего умножение сиг,налов 1 с 7 и х,И, третьего умножителя 1-6, осуществляющего умножение сигналов х, 1 с+17 и Ь с+1,1 четвертого умножителя 1-7; формируют 2щего сигнал 7 1 с,пятого умножите=лля 1-8, формирующего сигналЧ Г с 1,шестого умножителя 1-9, формйруюл 1щего сигнал Ч 1 с 3.В соответствии с фиг.1 вторым входом настраиваемой модели объекта являются входы четвертого 1-7 и шестого 1-9 умножителей, третьим входом является второй вход третьего умножителя 1-6. Первым выходом модели является выход третьего умножителя 1-6, вторым выходом является выход второго блока 1-4 задержки.Первый нелинейный преобразователь (блок 8, фиг.1) формирует сигналы Р 1(), сР", равные ф, (.)= - Р 2 = Зх(мГ 3 Е 1х 1 с 1 =хЯ1 М =г 11Ф,( )=, - ,( ) = 2,МЮхГ 1 с 7= Г 1 с 1М=Мфункциональная блок схема первогонелинейного преобразователя приведена фиг.З. Она реализуется с помощьюусилителя 8-1 с коэффициентом передачи, равным трем, вход которогосоединен со вторым выходом настраиваемой модели объекта, умножителя8-2, второй вход которого соединенс выходом умножителя 1-7 блока 1,усилителя 8-3 с коэффициентом передачи, равным двум, вход которогосоединен с первым входом настраиваемой модели объекта, второго умножителя 8-4, второй вход которого сое,к( ) а . = Чс 7,дх 2 х с 1= х с 1ЧПс 1 = Ч с 1(Ч"( ) = 0 Р,"( ) =1"( ) =1)Сигнал Ч, с 7 уже сформирован вблоке 1 на выходе пятого умножителя1-8.Пятый блок умножения (блок 9)формирует сигналы 5 Ч,И х,Пс 7 Ч,Гс 7и И 1 с 1 М (с 7 и реализуется с помощью двух умножителей 9-1 и 9-2(фиг.4).Восьмой блок умножения (блок 20,фиг.1) формирует сигналы , Пс 1 и 1ЦравныеМЮ =1 и х" ГЦ+ "М;.Г с 1: ч з 1 с 7 . х "с 7+ х цс 1,25Его блок-схема приведена на фиг.5Он реализуется с помощью двух умножителей 20-1 и 21-3 и двух суммато"ров 20-2 и 20-4.Четвертый блок суммирования (блок10, фиг.1) формирует сигналы х 1 с+11ни хс+11, равныеО 2хЦс+17= Ь,ГЦ +31, И х 1 сЭ,Олс+17 =.Л,1 с 7 +21, ГАЗ К,1 3.35Он реализуется с помощью двухсумматоров 10-1 и 10-2 (фиг.б) .Третий блок задержки (блок 19О,Вс.1) формирует сигналы х, Гс 7,4 О хГс 1 рх 1 И х И В соОтветствии 1, с уравнениямих, Ос+11 = х,"с 7,х с+17 = х Мх,К+13= 1, Ы+ ЗЧ, Гс 1 х,Щ;х"Ос+11- 3,с 1+ 2 Ч, Гс 1 д с 1,Его блок-схема приведена на фиг.7."Он реализуется с помощью четырех50блоков задержки 19-1, 19-2, 19-3,19-4 осуществляющих задержку входных сигналов на один такт.Шестой блок умножения (блок 11,фиг.1) формирует сигналы Г, Г 1 с+11,Е 1 с+17 равныейО,Йс+17=Ь, Г 1 с+11 х,с+13;Е Цс+11 ЬГас+11 хс+17,рицы, выход которого соединен свторым входом второго блока умножения, о т л и ч а ю щ и й с я тем,что, с целью расширения функциональных возможностей, повышения быстродействия, точности и помехозащищенности в него дополнительно введеныблок усиления, второй нелинейныйпреобразователь, третий блок задержки, восьмой блок умножения первый,второй и третий блоки памяти, последовательно соединенные четвертыйблок умножения, первый нелинейныйпреобразователь, пятый блок умножения, четвертый блок суммирования,шестой и седьмой блоки умножения,выход первого блока задержки соединен с входом четвертого блока умножения, выход которого соединен с вто,рыми входами настраиваемой моделиобъекта и второго нелинейного преобразователя, второй выход настраиваемой модели объекта соединен стретьими входами первого и второгонелинейных преобразователей, первыевходы которых соединены с первымвходом настраиваемой модели объекта,второй нелинейный преобразователь 255991 12последовательно соединен с восьмымблоком умножения и вторым входомчетвертого блока суммирования, выход которого соединен с входом третьего блока задержки, выход которогосоединен с вторым входом восьмогоблока умножения, выход седьмого блока умножения соединен с вторым,входом первого блока умножения и первым1 О входом третьего блока умножения,выход шестого блока умножения соединен с вторым входом третьего блокаумножения, выход третьего блока суммирования соединен с блоком усиле 5 ния, выход которого соединен с входами второго блока задержки и блокаобращения матрицы, входы первого,второго и третьего блоков памятисоединены с генератором тактовых им 20 пульсов, выход первого блока памяти соединен с вторыми входами четвертого и пятого блоков умножения,выход второго блока памяти соединенс вторым входом шестого блока умно жения и третьим входом настраиваемоймодели объекта, выход третьего блокапамяти соединен с вторым входом седьмого блока умножения.