Система автоматической оптимизации

СОЮЗ СОВЕТСКИХКФ,ЮФМЯВЕПМиРЕСПУБЛИК 09) ОИ УДАРСТ 8 ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТЮ БРЕТ САНИЕ У АВТОРСКОМУ дянский,,.З.Г. Ка ельство СССР00, 1974.ьство СССР00, 1982 ТЕМА АВТОИАТИЧЕсодержащая пдиненные регулправления, подкрвому входу иподключенного вам анализаторакоторого подключду первого бловходу анализаыход которого пду второго блое него подключатора входаторого блока д иэ в(54)(57) йИйОПТИМИЗАЦИИвательно сои объект увыходом к пка памяти,первым входекта, выходвторому вхои к первомуобъекта, впервому вховыходы послвходам аналвторой вход СКОЙследояторлюченныйрвого блоыходами квыхода объен ка памятиора входадключен ка памяти,ны квтором,бъекта,памяти соединен с выходом сумматора и первыйвходом командного блока, а третийвход - с выходом блока планированияэксперимента и вторым входом командного блока, первый выход которогоподключен к входу регулятора, .авторой выход - к второму входу анализатора выхода объекта, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышенияточности. оптимизации, в нее введенысчетчик итераций, блок управленияшагом поиска, первый блок умноженияи второй блок умножения, при этомвход счетчика итераций подключен квторому выходу командного блока, аего выход - к входу блока управленияшагом поиска, первый выход которогоподключен к первому входу первогоблока умножения, соединенного вторым входом с вы 2 одом анализаторавхода объекта, а выходом - с первымвходом сумматора, вторые входы которого подключены к выходам второго блока умножения, первый вход которого подключен к второму выходублока управления шагом поиска, авторые входы - к выходам второгоблока памяти.1Изобретение относится к технической кибернетике и предназначено для автоматического отыскания оптииальных режимов работы многомерныхстохастических объектов управления.Известна система автоматической оптимизации, содержащая объект управления, командный блок, датчики входных и выходных переменных объекта управления, соединенные блокомпамяти, выходы которого подключенык блоку идентификации, связанномучерез блок оптимизации " регулятором входных переменных, а также соединенный с датчиком входных переменных анализатор входя объекта, подключенные к нему последовательносоединенные блок планирования эксперииента и блок уменьшения шага планирования, подключенный к регуляторувходных переменных, и соединенныйс выходом блока идентификации блокконтроля идентификации, подключенныйк входам блока оптимизации, блок планирования эксперимента и командного блока, выход которого связан с входом блока планирования эксперимента, а .второй вход - с анализатором выхода объекта Я .Недостатком данной системы является недостаточно высокая точность,объясняющаяся теи, что оптимизацияпроизводится не путем непосредственного эксперикентированкя, а путем последовательного решения трех задач: накопления информации, построения математической модели объекта . управления и собственно, оптимизации,в результате чего происходит накопление ошибок, возникающих на различных этапах.Наиболее близкой к изобретению является система автоматической оптимизации, содержащая анализатор выхода объекта, первый блок памяти и последовательно соединенные блок планирования эксперимента, командный блок, регулятор, объект управления и второй блок памяти, а такжепоследовательно соединенные анализатор входа объекта и сумматор, выходкоторого соединен с первым входом первого блока памяти и с вторым входом коиандного блока, вторые входы - с соответствующими выходами первого блока памяти и соответствующими первыми входами анализатора входа объекта, второй вкод кото 125602 1 5 0 5 20 25 36 35 40 45 50 55 рого соединен с вторым входом второго блока памяти и с выходом аналкзатора выхода объекта, а выход - с вторым входом первого блока памяти, третий вход которого соединен с выходом блока планирования эксперимента, выходы второго блока памяти соединены с соответствующими первыми входаии анализатора выхода объекта, второй вход которого соединен с вторым выходом командного блока 2 .Недостатком известкой системы является недостаточно высокая точность отыскивания экстремума, объясняющаяся теи, что система, реализуя стандартный последовательный сииплекс-метод, отыскивает не саму точку экстремума, а некоторую ее окрестность, в которой затем начинается блуждание сииплекса.Целью изобретения является повышение точности оптимизации.Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую последовательно соединенные регулятор и объект управления, подключенный выходом к первому входу первого блока памяти, подключенного выходом к первым входаи анализатора выхода объекта, выход которого подключен к второму входу первого блока памяти и к первому входу анализатора входа объекта, выход которого подключен к первому входу второго блока памяти, выходы последнего подключены к вторь 1 и входам анализатора входа объекта, второй вход второго блока памяти соединен с выходом сумматора и первым входом командного блока, а третий вход - с выходом блока планирования эксперимента к вторым входои командного блока, первый выход которого подключен к входу регулятора, а второй выход - к второму входу анализатора выхода объекта, введены счетчик итераций, блок управления шагом поиска, первый блок умножения и второй блок умножения, при этом вход счетчика итераций подключен к второму выходу командного блока, а его выход - к входу блока управления шагом поиска, первый выход которого подключен к первому .входу первого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом анализатора входа объекта, а выходом - с первым входом суммагде 0 - номер итерации;Ь и с - произвольные положительные константы, 40 то процесс оптимизации происходит по типу стохастической аппроксимации, т.е. обеспечивается сходимость с ве-, роятностью (1) в условиях помех,Благодаря использованию модифици" 45 рованного.последовательного симплекс- метода, являющегося алгоритмом адаптационной оптимизации промышленных технологических объектов, предлагаемая система не производит оптимиза цию непосредственно на объекте, что исключает возникновение погрешностей, связанных с процессом идентификации.Кроме того, предлагаемая система, осуществляя поиск по типу сто хастической аппроксимации, позволяет с более высокой точностью локализовать экстремум в обстановке помех. 3тора, вторые входы которого подклю-,чены к .выходам второго блока умножения, первый вход которого подключен к второму выходу блока управления шагом поиска, а вторые входык выходам второго блока памяти.Таким образом, предлагаемая система реализует модифицированныйпоследовательный симплекс-методотыскивания экстремума статистнческой характеристики объекта управления,=-3.Х + - Е. Х,где Х- наихудшая (отражаемая)вершина симплекса;Х - отраженная вершинасимплекса;Х ,е 1,1- множество вершин сим ф фплекса за исключениемнаихудшей;1 - размерность факторного нространтсва;- программно изменяемый(в зависимости от номера итерации) параметр, определяющий характер деформации снмплекса в процессе но=иска.Если параметр в процессе поискаизменяется по правилу 5 10 15 20 25 30 На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы автоматической оптимизации.Предлагаемая система содержит регулятор 1, объект 2 управления, первый блок 3 памяти, анализатор 4 выхода объекта, ачалиэатор 5 входа объекта, второй блок 6 памяти, сумматор 1, командный блок 8, блок 9 планирования эксперимента, счетчик 10 итераций, блок 11 управления шагом поиска, первый блок 12 умножения и второй блок 13 умножения.Система автоматической оптимизации работает следующим образом.В исходном состоянии в ячейках первого и второго блоков 3 и 6 памяти записываются нули, на первом ф и второмвходах командного блока 8 также нули, в блок 11 управления шагом поиска вводятся значения констант Ь и с. Для пуска устройства, т.е. для формирования исходного симплекса, служит блок 9 планирования эксперимента, который представляет собой генератор двоичных импульсов, описывающих по заданной программе исходный симплекс. Например, при числе факторов равном 3, необходимо ,сгенерировать последовательность импульсов вида -1,-1,+1,+1,-1,-1, +1,-,+1,-1,+1. Данная последовательность набивается на перфоленте и счйтывается до запуска устройства с помощью Фотодиодного считывающего устройства ФСУили любого перФоленточного устройства. Таким образом, в момент пуска блок 9 планирования эксперимента начинает формировать входные воздействия Х согласно матрице насыщенного,плана. эксперимента (симплекс-план), которые по третьему входузаписываются во второй блок 6 памяти, а также подаются на вход М командного блока 8, являющегося по сути коммутатором, включающим входы Ж ина первый выход 4. Через регулятор 1 входных переменных сигнал Х, преобразованный в физические воздействия, подается на объект 2 управления. Соответствующие отклики объекта ; по первому входу К записываются в ячейки первого блока 3 памяти. После Формирования (к+1)-го воздействия блок 9 планирования эксперимента отключается, при этом командный блок 8 от(3) которое с первого выхода а подается 45 на первый вход К первого блока 12 умножения. На втором выходе Ъ блока 11 управления шагом поиска появляется значение 1- 11, В первом блоке 12 умножения осуществляется операция .умножения, в результате которой на выходе появляется значение1 Х, а во втором блоке 13 умножения значения факторов Х; умножаются на множитель 1- 11, в результате чего получаем набор значений (1- И )ХФгде 1 0,1 к. ключается по входу К и открываетсяпо входу /3, в ячейках второго 6 ипервого 3 блоков памяти записываются соответствующие значения откликов и факторов. Это состояние является исходным для осуществления собственно процесса оптимизации, который начинается в момент подачи команды с второго выхода о командногоблока 8 на вход счетчика 10 итераций и второй входанализатора 4выхода объекта, который служит длявыбора минимального (нли максимального) значения отклика, хранящегосяв нервом блоке 3 памяти. Данная операция реализуется с помощью операции сортировки, которая реализуетсяс помощью схем сортировки, представляющих собой простейшие компаратор-.ные модули, которые являются стандартными мод 1 щйми микросхем. По команде блока 8 включается счетчик 10итераций, который подает в блок 11управления шагом поиска значение н 1,и анализатор 4 выхода объекта, который, осуществляя сравнение записанных в ячейках первого блока 3памяти значений откликов 1 выделяет наихудший из откликов. Выделенное значение Ц подается на вход ЗОпервого блока 3 памяти, где стирается в соответствующей ячейке, атакже на вход Р анализатора 5 входаобъекта, По этому сигналу анализатор 5 входа объекта выделяет векторфакторов Х, соответствующий отклику, и подает его на вход второго блока 6 памяти, где соответствующая ячейка зануляется. Блок 11управления шагом поиска вычисляет 4 р,значение Полученные произведения поступают на сумматор 7, который выполняет стандартную операцию суммирования сигналов Ц Хо, поступающего с1-Иблока 12 и -- Х поступающегоФ фс блока 13, т.е.иЯ"м -"%о1 эи реализуется на стандартной БИС.Вычисленное значение Хц с выхода сумматора 7 подается на вход М второго блока 6 памяти, где записывается в свободную ячейку. Этот же сигнал подается через вход /3 командного блока 8 на регулятор 1, который подает соответствующее воздействие на вход объекта 2 управления. Соответствующая реакция записывается в свободную ячейку первого блока 3 памяти, На этом первая итерация заканчивается.Вторая итерация осуществляется аналогично первой и начинается с подачи командного импульса с второго выхода Ъ командного блока 9 на счетчик 10 итераций и входанализатора 4 выхода объекта, По этой команде блок 11 управления шагом поиска вычисляет значения м 2 и 1-2 и подает их на соответствующие блоки 12 н 13 умножения. Анализатор 4 выхода объекта выделяет очередное наихудшее значение отклика, которое затем затирается в первом блоке 3 памяти и подается иа анализатор 5 входа объекта, который вы" деляет соответствующий этому отклику вектор факторов Х, Это значение стирается в соответствующей ячейке второго блока 6 памяти, после чего все значения Х подаются на входы второго блока 13 умножения. Блоки 12 и 13 умножения вычисляют 1 21 ХО и 1- 2 Х;, которые подаются на сумматор 7, Сумматор 7 вычисляет очередное значение которое записывается в свободную ячейку второго блока 6 памяти и через командный блок 8 и регулятор 1 подается на объект .2 управления. Последующие итерации осуществляютсяаналогично предыдущим.Правило останова реализуется с помощью счетчика 1 О итераций и блока 1 1 управления шагом поиска, где после итерации с достаточно большим номером могут быть изменены значения констант в и с, т.е. процесс продолжается с новыми параметрами.Таким образом в процессе работы . системы осуществляется отражение. симплекса и происходит последовательное улучшение откликов объекта. По мере движения к экстремуму про. - исходит уменьшение размеров симплекса по правилам стохастической аппроксимации, что позволяет точно локализовать экстремум в условиях помех.Предлагаемая система может быть выполнена на унифицированных элементах и обладает конструктивной простотой, что объясняется тем, что в процессе поиска в нем осуществляются простейшие операции типа сложения, умножения, сравнения, записи 25602 8числа в ячейку и его стирание. Посравнению с известными системами.предлагаемая обладает конструктивной простотой, повышенной точностьюи помехоустойчивостью. Обеспечиваяболее точное отыскивание оптимальных режимов технологических процессов система позволяет сократитьрасход реагентов и повысить выход 10 готовой продукции, что ведет к повышению эффективности производствав целом,По сравнению с известной предлагаемая система автоматической оптимизации применительно к производству кальцинированной соды аммиачным методом позволит уменьшить расходы на 1 т соды: очищенного рассола на 0,002 м, извести на 0,02 кг, пара на 0,003 Гкал, электроэнергии на 0,04 кВтч и других реагентов, что приводит к снижению себестоимости продукции на 0,005 руб,/т соды.исн ал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная ЯИПИ Заказ 8539/ ираж 8