Система автоматической оптимизации

)4 С 05 В 13 СССР РЫТИ СУДАРСТВЕННЫЙ НОМИ О ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ САНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ) СИСТЕМА АВТОМАИИ ОРСИОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ(56) АвторскоеВ 451056, кл.Авторское сУ 851237, кл,(57) Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано для оптимизации параметров регулирующих и управляющих систем. Цель изобретения -повышение быстродействия системыавтоматической оптимизации. Системасодержит объект 1 оптимизации, состоящий из задатчика 2, блока 3 сравнения, регулятора 4, исполнительного органа 5, объекта 6 управления,датчика 7, блока 8 расчета критерия,модели объекта оптимизации в количестве и, соответствующем количеству оптимизируемых параметров объекта17 13107 пает сигнал У с выхода блока 27. По сигналу Г переключающим блокомми Неигнал Х передается в виде сигнала Х на информационный вход первогоблока 21 памяти, На второй управляющий вход блока 21 с управляющего выхода блока 28 поступает сигнал 1., в соответствии с которым в соответствующем блоке элементов памяти вместо координат Х записываются координа ты Хц. Таким образом, осуществляются отбор и запись для реализации на последующей итерации поиска в оптимизируемом объекте наилучшего из решений Х , полученных на предшествующей итерации.В момент й сигналы.Г, Х на входах и выходах соответствующих блоков снимаются, а в командном блоке 22 формируется сигнал Г , по которому сигналы Х,Х . Х, о координатах вершин вновь сформированного симплекса записываются в соответ,ствующие блоки элементов памяти командного блока, откуда эти сигналы поступают на входы объекта оптимизации и его моделей,Далее описанный цикл работы системы автоматической оптимизации повторяется.30Первый блок 21 памяти, командныйблок 22, анализатор 24 выходов,первый 25 и второй 26 блоки расчета координат отраженной вершины симплекса, блок 27 запоминания наилучших входов и командный блок 28 в процессе Функционирования системы автоматической оптимизации работают следующим образом,40В первом блоке 21 памяти (фиг. 2) в первых суммирующих блоках 31-1,и 31-(и+1) суммируются сигналы Х. Х +, поступающие на первые входы нсоответствующих сумматоров через пер вые блоки 29-129-(п+1) ключей с первого информационного входа блока.21, с сигналами Х, поступающими на вторые входы соответствующих сумматоров через вторые блоки 30-130- 50 (и+1) ключей с информационного входа блока 21. Ключи всех первых блоков 29-129-(а+1) замыкаются одновременно при поступлении на их управляющие входы сигнала Й что имеет место только в момент запуска системы, Ключи вторых блоков 30-1 30-(и+1) замыкаются лишь при наличии на их управляющих входах соответст 73 18вующих сигналов управления 1, ;,1ффф 1 1+ вектора управляющих сигналов, определяющих номер 1-го из блоков 32-132-132-(п+1) элементов памяти, в которые должен быть записан вектор сигналов Х. Управляющий сигнал поступает только по одной из шин 1,.,1 . 1 замыкая ключи соответствующего второго блока ключей. При этом вектор сигналов Х поступает на вторые входы соответствующих первых сумматоров. Сигналы с выходов первых сумматоров поступают на входы соответствующих первых блоков 32-132-(п+1) элементов памяти, где запоминаются. Таким образом, в первом блоке 21 памяти осуществляются запоминание начальных воздействий Х Х , и запись новых значений воздействий Х в соответствующий 1 - й блок элементов памяти.В командном блоке 22 (фиг. 3) мультивибратором 37 Формируются командные импульсы Г (Фиг. 9) с интер-рвалом времени, величина которого определяется величиной времени Т, необходимого для принятия решений о воздействиях на предстоящей итерации поиска, и времени Т, необходимого для завершения переходных процессов в объекте оптимизации, обусловленных изменениями их входных воздействий и оценки качества функционирования объекта оптимизации и его моделей. Сигнал Гр через первый ключ 36 поступает в виде сигнала Г на первый управляющий выход командного блока, а также на вход интегратора 35, сигнал с выхода которого сравнивается в пятом блоке 34 с опорным сигналом на выходе первого источника 33 постоянного сигнала, величина которого зависит от длительности запуска системы,. Как только сигнал на выходе интегратора становится больше опорного значения, с выхода блока 33 сравнения на управляющий вход первого ключа 36 поступает сигнал, в соответствии с которым ключ 36 размыкается. При этом сигнал Г на первом управлякщем выходе командного блока исчезает,Одновременно сигнал Г через блоки 38-42 задержки поступает в виде сигналов Г -Й на соответствующие управляющие выходы командного блока. Параметры блоков 38-42 подбирают такими, что эти сигналы с их выходов начинают поступать на выход команд19 131077ного блока лишь по истечении периода запуска системы оптимизации, причем при появлении на выходе командного блока каждого последующего сигнала из Г -Гь предшествующий сигнал исчезает. К моменту г. (фиг. 9), когда выполнены все операции, связанные с определением и записью в первый блок 21 памяти воздействий, подлежащих реализации на последующей итера ции поиска, на выходе шестого блока 43 задержки, на вход которого поступает сигнал Г с выхода мультивибратора 37, формируется сигнал , по которому замыкаются ключи третьих блоков 44-144-(п+1) ключей, через которые с информационного входа командного блока поступают сигналы ХХна входы соответствующих вторых блоков 45-145-(п+1) элементов памяти. При поступлении следующего импульса Г с выхода мультивибратора описанный цикл работы командного блока повторяется (за исключением формирования сигнала Й, который формируется только при запуске системы).В анализаторе 24 выходов (фиг. 4) в первом блоке 4 б определения максимума и в блоке 47 определения минимума определяются соответственно макмакс мИК симальное У 1, и минимальное У значения откликов У,У+, полученных в результате предшествующей итерации поиска, сигналы о которых посту 35 пают с информационного входа анализатора.24 выходов.мннСигнал о величине У 1, с выхода блока 47 поступает на входы седьмых блоков 50-1 50-3 50- (и+1) сравнения, в которых из него вычитаются сигналы УУ Ур,1 о значениях соответствующих откликовНа выходах этих блоков сравнения формируются сигналы управления соответ 45 ственно с 1, ,Л д причем управляющий сигнал на выходе 1-го блока сравнения появляется только при выполнении условия У .У 1, . Та, с .мин ким образом, наличие управляющего сигнала д на выходе какого-либо 3-го блока сравнения свидетельствует о том, что отклик У имеет минимальное значение из всех значений откликов. Сигналы с 1. д через шестой блок 55 ключей поступают на третий выход анализатора 24 выходов в виде вектора О, определяющего номер наилучшей вершины симплекса, при подаче на 320управляющий вход этого блока ключей управляющего сигнала ГСигнал о величине У" с выхода блока 46 определения максимума поступает на входы блоков 48-1,.., 48-148-(п+1.) сравнения, где из негро вычитаются сигналы У вуУ у1 Уо значениях соответствующих откликов. На выходах этих блоков сравнения формируются сигналы управления соответственно а ,,а ,,аьи причем управляющий сйгнал на выходе 1-го блока сравнения формируется только при выполнении условия У ъ,макс1 7 У 1, . Таким образом, наличие сигнала а на выходе блока 48-1 сравнения свидетельствует о том, что отлик У имеет максимальное из всех значений откликов,Сигналы а,а, через четвертый блок 53 ключей поступают на первый выход анализатора 24 выходов ввиде вектора А, определяющего номерпервой наихудшей вершины симплекса,при подаче на управляющий вход этого блока ключей управляющего сигнала Гз.Одновременно сигналы а,а ,поступают на управляющие входы вторых ключей 49-149-(п+1), наинформационные входы которых поступают сигналы об откликах У,У.По этим, управляющим сигналам производится размыкание того из ключей,на информационный вход которого поступает сигнал об отклике, номер которого соответствует номеру первойнаихудшей вершины симплекса. В результате с выходов вторых ключей49-149-(п+1) на соответствующиевходы второго блока 52 определениямаксимума и на входы соответствующихвосьмых блоков 51-151 в (п+1)лсравнения поступают сигналы Ул л 1У У, о множестве откликов, заисключенйем сигнала об отклике,максимеющем значение УмаксСигнал У 1 о величине второгонаихудшего отклика поступает с выхода блока 52 на другие входы блоков51-151-(п+1) сравнения, где вычитается из сигналов, поступивших свыходов вторых ключей 49-149(и+1), На выходах этих блоков срав- .нения формируются сигналы управления соответственно сс с1 ф1 фф Пифпричем управляющий сигнал на выходе1-го блока сравнения формируется тольмакско при выполнении условия У ) У .ъ+131 О 773 21Таким образом, наличие сигнала с,ыа выходе блока .51-1 сравнения свидетельствует о том, что отклик уявляется вторым наихудшим откликом.Сигналы сс,через пятый блок54 ключей поступают на второй выходанализатора 24 выходов в виде вектора М, определяющего номер второйнаихудшей вершины симплекса, при подаче на управляющий вход этого блока 1 Оключей управляющего сигнала Г,Таким образом, на выходах анализатора 24 выходов Формируются управляющие сигналы А, С и П, определяющие номера вершин симплекса, которымсоответствуют первый и второй наихудшие отклики и наилучший отклик,полученные на предшествующей итерации поиска,В первом блоке 25 расчета координат отраженной вершины симплекса (Фиг. 5) сигналы Х,Х,о координатах верлин симплекса суммируются в соответствующих сумматорах 57-1, 57-и. С выходов этих сумматоров сигналы через четвертые масштабирующие блоки 58-1, ,58-п, в которых осуществляется умножение на постоянный коэффициент, равный п/2, поступают на входы соответствующих девятых блоков30 59-159-п сравнения.Одновременно с помощью седьмых блоков 56-1. 56-(и+1) выделяются из множества ХХ +сигналы о кооро динатах первой отражаемой вершины Х путем замыкания ключей только того 1-го блока 56-1,на управляющий вход которого проходит управляющий сигнал а, определяющий номер первой отражаемой вершины симплекса, Сигналы, соответствующие координатам первойоотражаемой вершины Х 1 с выходов 1-го блока ключей через третьи масштабирующие блоки 61 - 161-п, в которых осуществляется умножение на постоянный коэффициент (1+2/и), поступают на другие входы соответствующих девятых блоков 59-159-и сравнения, где вычитаются из сигналов, поступающих с выходов четвертых масштабирующих блоков 58-1,58-п. В результате на выходах девятых блоков 59-159-п сравнения Формируются сигналы о соответствующих коор динатах Х 1, первой отраженной вершины симплекса, рассчитываемых в соответствии с Формулой, предварительно преобразованной к виду 220 2Х =- (1+2/и) Х,+ - .С Хф" " пВо втором блоке 26 расчета координат отраженной вериины симплекса выполняются те же операции, что и в блоке 25, но по информации о номере второй наихудшей вершины симнлекса, содержащейся в сигнале управления С, поступающем на управляющий вход этого блока, В результате на его выходе формируется сигнал Х ,1 о координатах второй отраженной вершины симплекса.В блоке 27 запоминания наилучших входов (Фиг, 6) посредством восьмых блоков 62-1,.62-(п+1) ключей, на управляющие входы которых поступает вектор управляющих сигналов П, из множества Х,Х, выделяются сигналы о координатах наилучшей вершины минХ путем замыкания ключей только того блока 62-1 ключей, на управляющий вход которого поступает сигнал д 1, определяющий номер наилучшей вершйны симплекса. Сигналы Х , соответмнйствующие координатам Х , через блок 62-1 ключей и четвертые сумматоры 63-163-163-п поступают на вхоцы соответствующих элементов памяти третьего блока 64 элементов памяти, где и запоминаются. На выходе блока 64 Формируются сигналы, соответствующие координатам ХминВ переключающем блоке 28 (Фиг.7) Формируется вектор Х сигналов, соответствующих Хили У 1, или Х,минили Х , запись которых должна производиться в первый блок 21 памяти, и формируется соответствующий им вектор Е управляющих воздействий, определяющий номер блока элементов памяти блока 21, куда должны быть записаны сигналы Х.Вектор Ь Формируется путем суммирования в суммирующем блоке 72 управляющих сигналов А, С и Р, определяющих номера вершин симплекса (и, соответственно, номера блоков элементов памяти первого блока 21 памяти), в которых происходят изменения, и поступающих в тот момент, когда эти изменения необходимо произвести. Кроме того, на четвертый вход первого 72-1 из шестых сумматоров поступает сигнал с выхода второго источника 70 постоянного сигнала через, третий ключ 71 (в момент подачи на управляющий вход этого ключа сигнала), выполняющий роль управляющего сигнала, обеспечивающего запись10 55 23 13107 координат Х н первый блок элементов памяти в первом блоке 21 памяти. Сигналы Х 1,+, У У, Х поступаютминна информационный выход переключающего блока 28 через соответственно девятый 65, десятый 66, одиннадцатый67 и двенадцатый 68 блоки ключей и пятые сумматоры 69-169-н в видесигнала Х в моменты срабатывания названных блоков ключей по сигналам,соответственно Йз, Г, Й и ГФормула изобретения 1. Система автоматической оптимиза ции, содержащая задатчик, регулятор, исполнительный орган, объект управления, датчик, первый и второй блоки памяти, блок планирования эксперимента, анализатор выходов объекта 2 О оптимизации, первый блок расчета координат отраженной вершины симплекса и командный блок, первый информационный выход которого соединен с управляющим входом регулятора, выход 25 которого соединен с входом исполнительного органа, выход которого через объект управления соединен с выходом системы и входом датчика, группа выходов блока планирования эксперимента соединена соответственно с группой входов начальных воздействий первого блока памяти, группа информационных выходов которого соединена с группой информационных входов первого блока расчета координат отражен 35 ной вершины симплекса, группа информационных выходов второго блока памяти соединена соответственно с группой информационных входов анализатора выходов объекта оптимизации, первый управляющий вход которого соединен с третьим управляющим выходом командного блока, о т л и ч а ю - щ а я с я тем что с целью повыше 45 ния быстродействия системы, в нее введенымоделей объекта оптимизации по числу оптимизируемых параметров, первый, второй и третий масшта.бирующие блоки, второй блок расчета координат отраженной вершины симплек 50 са, блок запоминания наилучших входов объекта оптимизации, переключающий блок, блок сравнения и блок расчета критерия, вход которого соединен с входом регулятора и с выходом блока сравнения, прямой вход которого соединен с выходом задатчика и входом третьего масштабирующего бло 73 24ка, а инверсный вход блока сравнения соединен с выходом датчиКа и входом первого масштабирующего блока, подключенного выходом к первым входам и моделей объекта оптимизации, вторые и третьи входы которых соединены с выходами соответственно второго и третьего масштабирующих блоков, вход третьего масштабирующего блока соединен с выходом регулятора, выход блока расчета критерия соединен с первым информационным входом второго блока памяти, управляющий вход которого соединен с вторым управляющим выходом командного блока, управляющий вход 1-й модели объекта оптимизации соединен с Я+1)-м информационным выходом командного блока, выход 3-й модели объекта оптимизации соединен с Я+1)-м информационным входом второго блока памяти, группа информационных выходов первого блока памяти соединена соответственно с группой информационных входов командного блока, первый управляющий выход которого соединен с первым управляющим входом первого блока памяти, второй управляющий вход которого соединен с управляющим выходом переключающего блока, ин 4 юрмационный выход которого соединен с информационным входом первого блока памяти, третий, четвертый, пятый и шестой управляющие выходы командного блока соединены соответственно с седьмым, четвертым, пятым и шестым управляющими входами переключающего блока, первый, второй и третий управляющие входы которого соединены соответственно с первым, вторым и третьим управляю. щими выходами анализатора выходов объекта оптимизации и управляющими входами соответственно первого, второго блоков расчета координат отраженной вершины симплекса и блока запоминания наилучших входов объекта оптимизации, выходы первого, второго блоков расчета координат отраженной вершины симплекса и блока запоминания наилучших входов объекта оптими" зации подключены соответственно к первому, второму и третьему ин 4 юрмационным входам переключающего блока, четвертый информационный вход которого соединен с первым информационным входом группы ин 4 юрмационных входов первого блока расчета координат отраженной вершины симплекса, группа информационных входов которого подклю 2513107 чена соответственно к группе информационных входов второго блока расчета координат отраженной вершины симплекса и к группе информационных входов блока запоминания наилучших входов объекта оптимизации, второй и третий управляющие входы анализатора выходов объекта оптимизации подключены соответственно к четвертому и пятому выходам командного блоО ка.2, Устройство по п. 1,о т л и - ч а ю щ е е с я тем, что модель объекта оптимизации содержит первый, второй и третий блоки сравнения, мо дель регулятора, модель исполнительного органа, модель объекта управления, блок расчета критерия, выход которого является выходом модели объекта оптимизации, управляющим входом 2 О 73 26которой является управляющий входмодели регулятора, выход которой соединен с инверсным входом третьегоблока сравнения, прямой вход которого является вторым входом моделиобъекта оптимизации, первым входомкоторой является прямой вход первогоблока сравнения, инверсный вход которого соединен с выходом модели объекта управления, подключенной входомк выходу модели исполнительного органа, вход которой соединен с выходом третьего блока сравнения, выходпервого блока сравнения соединен синверсным входом второго блока сравнения, выход которого соединен с входами модели регулятора и блока расчета критерия, прямой вход второгоблока сравнения является третьим входом модели объекта оптимизации,30773 О оптимизации, масштабирующие блоки7, 8 и 19, блок 20 планированияэксперимента, блоки 21 и 23 памяти,командный блок 22, анализатор 24выходов объекта оптимизации, блокирасчета координат отраженной вершины симплекса 25 и 26, блок 27 запоминания наилучших входов объекта оптимизации и переключающий блок 28.Введение в систему автоматическойоптимизации моделей оптимизируемогообъекта, второго блока расчета координат отраженной вершины симплекса,блока запоминания наилучших входови переключающего блока дает воэможность на каждой итерации поиска реализовать на объекте оптимизации иего моделях воздействия, соответст 1Изобретение относится к области автоматического управления и может быть использовано для оптимизации параметров регулирующих и управляющих систем, например, в аглодоменных и сталеплавильных цехах, а также в проектно-конструкторских организаци - ях при настройке создаваемых систем управленияЦель изобретения - повышение быстродействия системы автоматической оптимизации.На фиг, 1 изображена блок-схема системы автоматической оптимизации; на фиг. 2 - блок-схема первого блока памяти; на фиг. 3 - блок-схема командного блока; на фиг, 4 - блок-схема анализатора выходов объекта оптимизации; на фиг. 5 - блок-схема первого и второго блоков расчета координат отраженной вершины симплекса; на фиг, 6 - блок-схема блока запоминания наилучших входов объекта оптимизации; на фиг7 - блок-схема переключающего блока; на фиг. 8 - траектории движения симплекса в предлагаемой системе (а) и в системе в прототипе (б); на фиг. 9 - временные диаграммы формирования управлякпцих сигналов командным блоком.Система автоматической оптимизации (фиг. 1) содержит объект 1 оптимизации, включающий задатчик 2, блок вуюшие всем без исключения веяп 1 п 1 ал 1симплекса, обновляя тем самым информацию об откликах оптимизируемогообъекта. В условиях дрейфа экстремума статических характеристик оп ги -мизируемого объекта, в частностисистемы регулирования, обусловленного изменениями свойств, это позволяет исключить ошибочные решения привыборе и отражении наихудших вершин,ускоряя отслеживание дрейфа экстремума, а на каждой итерации поискапроизводить отражение не одной, адвух наихудших вершин симплекса,сокращая тем самым число итераций,необходимых для определения оптимального воздействия. 9 ил., 1 з,п.ф - лы. 23 сравнения, регулятор 4, исполнительный орган 5, объект 6 управления, датчик 7 и блок 8 расчета критерия, модели 9-19-1 .9-п объекта оптимизации в количестве п, соответствующем количеству оптимизиру - емых параметров (входных воздействий) объекта оптимизации, состоящие из блоков О. 10 - 11 О-и сравнения, блоков 11 - 111-1, 11-и сравнения, моделей 12-1 12-1, ,12-и регулятора, блоков 13-113-113-п сравнения, моделей 14-114-114-и исполнительного органа, моделей 15-1.15-115-п объекта управления и блоков 16-116-1 ,16-и расчета критерия, а также масштабирующие блоки 17 - 19, блок 20 планирования эксперимента, блок 21 памяти, командный блок 22, блок 23 памяти, анализатор 24 входов объекта оптимизации, блоки 25 и 26 расчета координат отраженной вершины симплекса, блок 27 запоминания наилучших входов объекта оптимизации и переключающий блок 28,Первый блок 21 памяти (фиг. 2) содержит первый коммутирующий блок 29, состоящий иэ первых блоков ключей в количестве (д+1) с 29-1 по 29- (и+1), второй коммутирующий блок 30, состоящий из вторых блоков ключей в количестве (и+1) с 30-1 по 303107731889 е енного ко тении и о к Проектная,оизводственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород 3 Тираж 864ВНИИПИ Государстпо делам иэобр 113035, Москва, ЖПодпитета СССрытийнаб., д(и+1), первые суммирующие блоки 31 1 уу 31 1 у31 (и+1 ) В количестве (и+1), каждый из которых содержит первые сумматоры з количестве п с (31".1)-1 по (31-1)-п с5 (31-1)-1 по (31-1)-п с 31 в (и+ +1)-1 по 31-(и+ 1)-п, первый запоминающий блок 32, состоящий из первых блоков элементов памяти в количестве (и+1) с 32-1 по 32-(и+1), каждый из Ю которых, в свою очередь, состоит из п элементов памяти.Командный блок 22 (фиг. 3) содержит последовательно соединенные первый источник 33 постоянного сигнала 15 и пятый блок 34 сравнения, интегратор 35, первый ключ 36, последовательно соединенные мультивибратор 37, первый 38, второй 39, третий 40, четвертый 41 и пятый 42 блоки задержки, 2 О .шестой блок 43 задержки, третий коммутирующий блок 44, состоящий из третьих блоков ключей в количестве (и+1) с 44-1 по 44-(и+1), второй запоминающий блок 45, состоящий из вторых блоков элементов памяти в количестве (и+1) с 45-1 по 45-(и+1).Анализатор 24 выходов объекта оптимизации (фиг. 4) содержит первый блок 46 определения максимума, блок 30 47 определения минимума, блок 48 шестых блоков сравнения в количестве (и+1) с 48-1 по 48-(и+1), блок 49 вторых ключей в количестве (и+1) с 49-1 по 49-(и+1), блок 50 седьмых блоков сравнения в количестве (и+) с 50-1 по 50-(и+1), блок 51 восьмых блоков сравнения в количестве (и+1) с 51-1 по 51-(и+1), второй блок 52 определения максимума, а также чет О вертый 53, пятый 54 и шестой 55 блоки ключей.Первый 25 и второй. 26 блоки расчета координат отраженной вершинысимплекса имеют одинаковую структуру (Фиг.5) и содержат седьмой ком.мутирующий блок 56, состоящий из .седььыс блоков ключей в количестве (и+1) с 56-1 по 56-(и+1), второй суммирующий блок 57, состоящий из сумматоров в количестве и с 57-1 по 57-п, четвертый блок 58 масштабирования, состоящий иэ масштабирукнщих блоков в количестве и с 58-1 по 58-п,блок 59 девятых блоков сравнения, состоящий иэ блоков сравнения в коФличестве п с 59-1 по 59-п, пятый блок 60 масштабирования, состоящий из масштабирующих блоков в количест 3 4ве и с 60-1 по 60-п, и третий суммирующий блок 61, состоящий из сумматоров в количестве и с 61-1 по 61-п.Блок 27 запоминания наилучших, входов объекта оптимизации (фиг.6) содержит восьмой коммутирующий блок 62, состоящий из восьмых блоков ключей в количестве (и+1) с 62-1 по 62-(и+1), четвертый суммирующий блок.63, состоящий из четвертых сумматоров в количестве и с 63-1 по 63-п, и третий блок 64 элементов памяти,Переключающий блок 28 (Фиг. 7) содержит девятый 65, десятый 66, одиннадцатый 67 и двенадцатый 68 блоки ключей, пятый суммирующий блок 69, состоящий из пятых сумматоров в количестве и с 69-1 по 69-п, последовательно соединенные второй источник 70 постоянного сигнала и третий ключ 71, а такжешестой суммирующий блок 72, состоящий из шестых сумматоров в количестве (и+1) с 72-1 по 72-(и+1).Объект 1 оптимизации содержит систему регулирования, например дозатор сыпучего материала типа С, состоящий из регулятора 4, представляющего собой, например, регулирующий блок с аналоговой автоподстройкой, реализующего ПИ-закон регулирования, исполнительного органа 5 в виде электропривода, объекта 6 управления, например ленточного питателя, и датчика 7, например маятникового массоизмерителя. Первый блок 8 и вторые блоки 16-116-п расчета критерия выполнены каждый в виде последовательно соединенных квадратора, представляющего собой блок умножения, первый и второй входы которого соединены между собой, и апериодического звена. На выходе регулятора формируется сигнал управления скоростью движения электропри" вода 5. Выходом 2 объекта 6 управления является расход доэируемого материала. Вектор Х оптимизируемас входных воздействий объекта 1 оптимизации включает в себя настроечные коэффициенты регулятора, в частности коэффициент усиления К и время изодрома Т. выход У объекта оптимизации характеризует достигаемую точность дозирования и представляет собой, в частности, средний квадрат ошибки дозирования.Используемые в моделях 9-1 9-и модели 12-112-п регулятора выполнены каждая в виде последова131075тельно соединенных блока деления, интегратора и сумматора, последовательно соединенных блока умножения и масштабирующего блока, причем пер- вые входы блока деления и блока ум 5 ножения соединены между собой и являются входом модели регулятора, выход масштабирующего .блока соединен с вторым входом сумматора, выход которого является выходом модели регулятора, вторые входы блока деления и блока умножения являются управляющим входом модели регулятора, причем на второй вход блока деления поступает сигнал о величине времени иэодрома Т , а на второй вход блока умножения подается сигнал о величине коэФФициента усиления К . МоУ дели 14-114-п выполнены, например, в виде интегрирующих звеньев, а модели 15-115-п объекта управления - например, в виде последовательно соединенных блока задержки и апериодического звена.Блок 20 планирования эксперимента содержит задатчики в количестве и (и+1), объединенные в группы по и задатчиков в каждой группе. Сигналы на выходах задатчиков каждой 1-й группы (1=1, (и+1определяют значенияЯ Й входных воздействий Х 1= (Х 11 11 Х.,Х ), соответствующих мат,1 фф л,рице симплекс-плана, реализуемого на начальном этапе поиска, Выходы каждой группы задатчиков соединены с соответствующими выходами блока планирования эксперимента. Второй блок 23 памяти содержит блок элементов памяти, состоящий из элементов памяти в количестве (и+1),40 и блок ключей, состоящий из кличей в количестве (и+1). Управляющие входы ключей соединены между собой и подключены к управляющему входу второго блока памяти, Информационные входы ключей подключены к соответствующим информационным входам второго блока памяти, а их выходы соединены с входами соответствующих элементов памяти, выходы которых, в свою очередь, являются инФормационными выходами второго блока памяти.На чертежах обозначено;Х 1=(х 1 х, х) - век 1 1тор входов объекта оптимизации;Хд (х 12 рфх л 3фйхлл)ф 1 Х 1=7 Р 1 Ф=(х х; , .,х) - векторы1 входов соответствующих моделейобъекта оптимизации;У - выход объекта оптимизации;у у .1,2-, Ул+ - выходы соответствующих моделей объекта оптимизации;й к ч мХ=(х,х, х),1,1 Л,1н й1 Л 1ю Л,тЛ , ВеКтОРы1начальных входных воздействий, соответствующих матрице насыщенного плана эксперимента (симплекс-плана),реализуемого на начальном этапе поиска;вектор входов объекта оптимизации, которому соответствует наилучшее значение отклика (в данном случае минимальное У, значение выхода объекта оптимизации ) после 1-й итерации поиска;1 (Х 1 К 1 Р в ф е11 Р агаву) тор координат первой отраженной вершины симплекса, подлежащий реализации на (1:.+1)-й итерапии поиска;1+2 ( 1,2"12и,1+2 вектор координат второй отраженной вершины симплекса (с учетом вершины с координатами Х,1), представляющий собой второй вектор входных воздействий, подлежащий реализации на (Е+1)-й итерации поиска;Х =(х 1 , ,х,хл,) - вектор координат первой наихудшей вершины симплекса, соответствующей минимальному значению отклика У" (первого наихудшего отклика) на Е-й итерации;1 ( 1зх 1"л 11) прогнозируемый на момент ф+1) вектор коордийат второй наихудшей вершины симплекса, соответствующий второму наихудшему значению откликамаксУ 11, который имеет место после реализации вектора входов Х,1, А=(аа 1, а,), С=(сс,с) и 0= И 1 уус 11 р 4 л 1) векторы управфдад Л+ления, определяюшие координаты блоков элементов памяти первого блока памяти, в которых записаны соответ -ственно векторы Х, Х, и Х ; Х= =(хх х ) - вектор входных воздействий, поступающих на запись в первый блок памяти; 1.=(11, 1 . 1 л) - вектор управления, определяющий координаты блока элементов памяти в первом блоке памяти, в который должен быть записан вектор Х;131 ОГ, -Г - сигналы управления, формируемые командным блоком и определяющиепоследовательность выполнения операций в системе автоматической оптимизации; Б - управляющие воздействия,формируемые регулятором оптимизируемой системы регулирования; 2 - выход оптимизируемой системы регулирования; 11. Б" - модельные значения управляющих воздействий, формируемые моделями регулятора; Е.Е - модельный выход оптимизируемой+системы регулирования; Е - задан -ное значение выхода системы регулирования; У - выход объекта оптимизации, представляющий собой оценкукритерия качества функционированияоптимизируемой системы регупирования, в частности Оценку величинысреднего квадрата ошибки регулирования; УУ У+ - выходысоответствующих моделей объекта оптимизации.Система автоматической оптимизации работает следующим образом. 25Объект оптимизации представляетсобой систему автоматического регулирования (САР), состоящую из задатчика 2, первого блока 3 сравнения, регулятора 4, исполнительного органа5, объекта 6 управления и датчика ,качество функционирования которойоценивается в первом блоке 8 расчета критерия, на вход которого подается сигнал о текущих значениях ошибки регулированияс выхода первогоблока 3 сравнения. На выходе блока 8формируется сигнал У (С) о текущемзначении критерия качества функционирования системы, в частности сред него квадрата ошибки регулирования:у : - -(г%(в)-е(в ле,т,ргде Тср величина интервалов Усредне 45ния, зависящая от величиныпостоянной времени инерцииТ апериодического звена,входящего в состав блока 8. 73 811 араллельно с объектом оптимизации в том же масштабе времени функционируют его модели 9-19-1, 9-и в количестве и, соответствующем числу и оптимизируемых параметров регулятора.Масштабирующие блоки 17-19 используются для согласования выходов объекта 1 оптимизации с входами его моделей. Моделирование оптимизируемой САР в моделях 9-19-и осуществляется в приращениях к реализуе(ым в этой САР режимам регулирования, т,е. значения выхода 7, моделируемой САР рассчитываются в результате корректировки значений выхода 2 оптимизируемой САР по разнице управляющих воздействий, формируемых регулятором Б и егомоделью Ц с учетом дина 1мики преобразования изменений 11 в изменении 2. С этой целью в блоке 13- сравнения из сигнала Б(Т) вычитается сигнал 11 (С) с выхода модем)ли регулятора. Полученный сигнал размности Б (С), проходя через последовательно соединенные модели 14-1 исполнительного органа, реализующую оператор ф,(р), и модель 15- объекта управления, реализующую оператор ф (р), преобразуется в сигнал корректировки д 2(С) выхода, который вычитается в блоке 10- сравнения из сигнала 2(г;). В результате на выходе блока 1 О-сравнения формируется сигнал 7,"(С), соответствующий величине текущего значения выхода моделируемой системы, который в блоке 11-1 сравнения вычитается из сигнала 2 (г.). Полученный сигнал модельной ошибкисистемы регулиромвания поступает с выхода блока 11-1 сравнения на вход модели 12-3 регулятора и на вход блока 16-1 расчета критерия, выполняющего те же функции, что и блок 8 расчета критерия. Таким образом, процесс моделирования САР в 1-й модели объекта оптимизации может быть описан в операторной Форме виражением50Задача оптимизации объекта заключается в определении и реализации таких значений его входов, представляющих собой настроечные параметры регулятора, при которых минимизируется величина У, . Сигналы Х,=(х хх) о текущих значениях1настроечных параметров регулятора 4 поступают на его управляющий вход. 2 (р) =2 (р) Ф,(Р) ф(Р) 11 (Р)11 (Р )11 (р)= ф (р) 2(р)-2(р),где ф (р) - оператор модели регулятора,Это выражение справедливо только для временных интервалов, когда переходные процессы, обусловленные9 1 изменениями параметров регулятора, завершены. На выходе блока 16-3 формируется сигнал о текущем значении критерия качества функционирования моделируемой САРУ (с)- - -г+(Е)-2".(В)аВ,1-тсрявляющийся выходом модели 9-1 оптимизируемого объекта.Сигналы Х =(х х х ) о текущих значениях настроечных пара метров модели 12-1 регулятора поступают на ее управляющий вход.Благодаря использованию сигналов П, 2 и 2 ф оптимизируемой САР в моделях оптимизируемой системы полностью воспроизводятся условия работы оптимизируемой САР, т,е. в моделируемых системах воспроизводятся те же неконтролируемые возмущающие воздействия и воздействия по задающему входу, влиянию которых подвержена оптимизируемая САР. Так как моделирование в моделях 9-1. ,9-и осуществляется в приращениях к реализуемым в оптимизируемой САР режимам и диапазон измепений а 11 сравнительно невелик, то динамика преобразованийм . мЬП .фЬ 2 . весьма точно описывается4простыми линейными операторами, реализуемыми в модели 14-1 исполнительного органа и модели 15-1 объекта управления. Таким образом, если параметры объекта 6 управления меняются очень медленно (что в реальных системах регулирования технологических процессов, например, в металлургии не является редкостью),модели 14-3 и 15-3 в период оптимизации сохраняют свою адекватность,а дрейф экстремума характеристик оптимизируемой САР обусловлен изменениями свойств действующих на нее возмущений, то модели 9-19-п обеспечивают адекватное воспроизведение режимов реально функционирующего оптимизируемого объекта, Это значит, что любому из воздействий Х реализованному в модели объекта оптимизации, соответствует отклик У такой1 же, какои был бы получен в реальном объекте оптимизации при реализации в нем этого воздействия.При наличии дрейфа экстремума характеристик объекта оптимизации характер откликов У на воздействияХ , 1=1, (и+1),соответствующие вер, шйнам симплекса, может существенно 310773 1 О меняться. Этот факт в обычной процедуре симплекс-метода поиска экстремума не учитывается, и выбор наихудшей (отражаемой) вершины производится в предположении, что значения откликов на реализованные ранее воздействия сохранились на прежних уровнях. В результате - не соответствующие действительности решения по определению наихудшей вершины симплекса, выбор неверного направления движения симплекса и замедление всейпроцедуры оптимизации, Для устранения этого недостатка необходимо накахдой операции поиска уточнять информацию об откликах У на воздействия Х по всем вершинам симплекса.Выполнить это условие при реализациивоздействий только на объекте оптимизации невозможно, Однако, благодарявведению в систему автоматическойоптимизации моделей 9-19-и объекта 1 оптимизации в количестве иэта проблема решается, так как накаждой итерации поиска реализуютсявоздействия, соответствующие всем(и+1) вершинам симплекса: из командного блока 22 Х поступает на входобъекта оптимизации, а Х ,,ХфффХ, одновременно с Хпоступают навходы соответствующих моделей, 9-1,9- Ц)9-и. Получаемые на объ-.екте оптимизации и на его моделяхотклики У 1. ,У ,.. У одновреффф ф 11.1.1менно фиксируются во втором блоке 23памяти.При реализации воздействий, соответствующих координатам отраженнойвершины симплекса, на объекте опти 40мизации могут возникнуть серьезныенарушения в функционировании объектаоптимизации. Во избежание этого впредлагаемой системе предусматривается реализация воздействий, соответ 45ствующих координатам отражаемой вершины, только на моделях объекта оптимизации. На объекте оптимизации накаждой последующей итерации поискареализуются воздействия Х, соответствующие координатам Х наилучшей вершины симплекса (т.е, той,которой соответствует наилучший отмин,клик, в частности, у ), определенной по результатам предшествующейитерации поиска.В рассматриваемой системе автоматической оптимизации на каждой последующей итерации поиска реализуется не только воздействие Х опреде Д 1Таким образом, на пятой итерации 20 поиска в данном примере происходит зацикливание симплекса относительно вершины Ь , параметры которой являются оптимальными и реализуются в регуляторе оптимизируемой системы на чиная с четвертой итерации поиска.Для сравнения на фиг. 8 6 изображена траектория движения симплекса и соответствующих изменений параметров регулятора оптимизируемой системы ре гулирования при использовании обычной процедуры симплекс-метода поиска, реализуемой, в частности, в системе-прототипе в тех же условиях, Как видно из фиг. 85, зацикливание симплекса относительно вершины с оптимальными параметрами (в данном случае вершина Ъ) происходит только на девятой итерации поиска, т,е. только на восьмой итерации поиска 40 могут быть определены и реализованы в регуляторе оптимизируемой системы оптимальные параметры, в то время как в предлагаемой системе оптимальные параметры реализуются в регуля-торе начиная с четвертой итерации поиска.В системе оптимизации процедуры отражения вершин симплекса формирование воздействий ХХ 1 ч 50 поступающих на входы объекта оптимизации и его моделей, осуществляется следующим образом.На управляющих выходах командного блока 22 формируются сигналы Г -Х определяющие последовательность всех операций в системе автоматической оптимизации, связанных с формированием воздействий ХХ . 55 13 13107 ются в регуляторе оптимизируемой системы, а параметры, соответствующие вершинам аа и с , - в моделях системы. После реализации симплекса Ьз, аа, са получены отклики у(а )у(са) у (Ьь) фНа пятой итерации поиска отражаются вершина а .а симплекса Ь , аа, са и вершина са-с симплекса Ьс а, Входные воздействия регулятора 10 оптимизируемой системы не меняются. Его параметры по-прежнему соответствуют вершине Ь . Параметры, соответствующие остальным вершинам симплекса Ъ а с реализуются в моделях оптимизируемой системы, После реализации симплекса Ьз, а, с получены отклики у (а ) ) у (с к) ) у (Ьз )1 73 14Х,. На фиг. 9 изображены диаграммы, отражающие динамику этих сигналов.Сигнал Г, формируется однократно только в момент Т, запуска системы автоматической оптимизации. По этому сигналу в первом блоке 21 памяти производится запись в блоки элементов памяти сигналов о начальных входных воздействиях Х,Х . ,Хк и и поступающих на его вход с выхода блока 20 планирования эксперимента и соответствующих матрице насыщенного плана эксперимента (симплекс в плана)Эти сигналы с выхода первого блока 21 памяти поступают на вход командного блока, где в момент С +Т по сигналу Г, записываются в соответствующие блоки элементов памяти и поступают с информационных выходов командного блока в виде сигналов Х 1ХХ,1 на вход объекта оптимизации (сигнал Х, ) и на входы соответствующих моделей 9-19-п объекта оптимизации (сигналы Х Х,Х, ). Таким образом, на объпиакте оптимизации в его моделях одновременно реализуются все воздействия, соответствующие координатам вершин симплекса.1По истечении временч Т, складывающегося из времени Т , необходимого для завершения переходного процесса в объекте оптимизации и его моделях, обусловленного изменением входных воздействий, и из времени Т, усреднения при оценке показателей качества УУУ+, функционирования оптимизируемого объекта и его моделей, в моментна выходе блока 22 формируется сигнал Г , Этот сигнал поступает на управляющий вход второго блока 23 памяти, где в этот момент производится запись откликов УУ, объекта оптимизации и его моделей на реализованные входные воздействия.Сигналы об откликах УУ , синформационных выходов блока 23 памяти поступают на входы анализатора 24 выходов. В этом блоке определяются координаты=.1 п+1 первого У к и второго У 1, " наихудших откликовмикс1.1мии и наилучшего Отклика умиВ момент С сигнал К снимается, а с выхода командного блока 22 на первый управляющий вход анализатора 24 выходов поступает сигнал Г , Одновременно этот сигнал поступает на седьмой управляющий вход переключаю15 13 щего блока 28. Г 1 о сигналу Г на первом выходе анализатора 23 выходов Формируется сигнал А о координатемакспервого наихудшего отклика У 1, поступающий на управляющий вход первого блока 25 расчета координат отраженной вершины симплекса, на инФормационные входы которого с выхода первого блока 21 памяти поступают сигналы ХХ,о координатах реализованных воздействий. В блоке 25 по сигналу А определяются координаты первой наихудшей вершины симоплекса Х 1 которой соответствует пермакс вый наихудший отклик. У 1 и рассчитываются координаты Х+соответствующей отраженной вершины. Расчет выполняется в соответствии с Формулой,. С выхода блока 25 сигнал Хк поступает на третий информационный вход переключающего блока 28, на первый управляющий вход которого поступает сигнал А о координате 3 первого наихудшего отклика. Переключающим блоком 28 сигнал Хк+, передается на вход первого блока 21 памяти в виде сигнала Х. Одновременно на второй управляющий вход блока 21 с управляющего выхода блока 28 поступает сигнал Е, определяющий координаты блока элементов памяти, в котором вместо координат Х, отражаемой вершины записываются координаты Х 1, отраженной вершины.В момент Т сигналы Г, А, Х 1,и, Х и И на входах и выходах соответствующих блоков снимаются, а на четвертом управляющем выходе командного блока 22 Формируетея сигнал Г, поступающий на второй управляющий вход анализатора 24 выходов и на четвер-. тый управляющий вход переключающего блока 28. По этому сигналу на втором выходе блока 24 Формируется сигнал С о координате 1. второго наихудшегомаксотклика У 1 поступающий на второй управляющий ьход переключающего блока 28 и на управляющий вход второго блока 26 расчета координат отраженной вершины симплекса,На информационный вход блока 26 поступают сигналы Х 1Х+ с выхода первого блока 21 памяти о координатах вершин симплекса после отражения первой наихудшей вершины. В блоке 26 по сигналу С определяются координаты Х 1,+,о второй наихудшей вершины симплекса, которой соответствует второй наихудмаксший отклик У 1, и рассчитываются 10773 16координаты второй отраженной вершины Хк, . Сигнал с выхода блока 26 поступает на второй информационныйвход переключающего блока 28, с выхода которого сигнал Х 1,+ поступаетна вход первого блока 21 памяти ввиде сигнала Х, Одновременно на второй управляющий вход блока 21 с управляющего выхода блока 28 плступа О ет сигнал И, определяющий координаты блока элементов памяти, в которомовместо координат Х ,1 второй отражаемой вершины записываются координаты второй отраженной вершины.15 В момент Й сигналы Г,С, Х 1,Х, И на выходах и входах соответствующих блоков снимаются, а на пятомуправляющем выходе командного блока22 Формируется сигнал Г , поступа ющий на третий управляюший входанализатора 24 выходов и на пятыйуправляющий вход переключающего блока 28. По сигналу Г на третьем выходе анализатора 24 выходов Формиру ется сигнал Р о координате 1 наилучшего отклика У , поступающий натретий управляющий вход переключающего блока 28 и на управляющий входблока 27 запоминания наилучших вхо- ЗО дов объекта оптимизации, на информационные входы которого поступаютсигналы Х Х+,с выходов первогоблока 21 памяти о координатах вершинсимплекса после отражения второйнаихудшей вершины, В блоке 27., определяются по сигналу С и запоминаютммнся координаты Х вершины, которойсоответствует отклик у, Одновременно с переключающего блока 28, 4 О на четвертый информационный вход которого поступает сигнал Х 1 о воздействиях, подаваемых на выход оптимизируемой систею, осуществляется передача сигнала Х, на информационный 45 вход первого блока 21 памяти в видесигнала Х. При этом с управляющеговыхода блока 28 на второй управляю щий вход блока 21 поступает сигналИ, определяющий координаты блокаэлементов памяти, в котором вместоминкоординаты Х записываются координаты Х 1 . В момент й сигналы Г, Э,Х, Ь на выходах и входах соответствукщих блоков снимаются, а на шестом управляющем выходе командного блока 22 Формируется сигнал Г, поступаю" щий на шестой управляющий вход переключающего блока 28, на первый информационный вход которого постч