Адаптивный прогнозатор

ОСУДАРСТВЕККЫЙ КОМИТЕТ СССРО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ ОПИСАНИЕ ИЗО(71) Сибирский ордена Трудового Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе, Кемеровский государственный университет и Красноярский ордена Тр дового Красного Знамени химически комбинат "Енисей"(54)(57) АДАПТИВНЫЙ ПРОГНОЗАТОР,содержащий первый, второй, третий,четвертый, пятый, шестой, седьмой,восьмой, девятый блоки сравнения,первый ограничитель, первый сумматор, первый, второй, третий, четвертый интеграторы, первый, второйи третий блоки задержки, первый,второй, третий блоки умножения,последовательно соединенные десятыйблок сравнения, второй ограничитель, пятый интегратор и одиннадцатый блок сравнения, последовательносоединенные двенадцатый блок сравнения, шестой интегратор, масштабирующий блок и второй сумматор,причем выход седьмого блока сравнениясоединен с входом третьего интегратора, выход пятого интегратора сое 801182486 динен с вторым входом одиннадцатогоблока сравнения, выход шестогоинтегратора соединен с первым входомдвенадцатого блока сравнения, выходтретьего интегратора соединен спервым входом седьмого блока сравнения, о т л и ч а ю щ и й с я.тем что, с целью повьппения точности прогнозирования целевой переменной, в него введены переключатель, седьмой интегратор, первый ивторой квадраторы, первый и второйблоки деления, зкстраполятор, выполненный в виде форсирующего звена,причем второй вход десятого блокасравнения соединен через последовательно соединенные первый блоксравнения, второй блок сравнения,первый ограничитель и седьмой интег"ратор с первым входом первого сумматора, выход которого через третий блок сравнения соединен с первым информационным входом переключателя, второй информационный входкоторого соединен с выходом одиннадцатого блока сравнения, с входомпервого блока задержки и входомпервого квадратора, вторые входыпервого и второго блоков сравнениясоединены соответственно с выходамипятого и седьмого интеграторов, выход пятого интегратора соединен свторым входом первого сумматора, вто.рой вход одиннадцатого блока срав"нения соединен с вторым входомтретьего блока сравнения, выход ко"торого соединен с входами второгоблока задержки и второго квадратора,выход переключателя соедин.н с вторым входом двенадцатого блока срав пения, выход первого квадратора подключен через последовательно соединенные четвертый блок сравненияи первый интегратор к первому входуПервого блока деления, выход второго квадратора подключен перезпоследовательно соединенные пятыйблок сравнения и второй интеграторк первому входу второго блока деле-ния, выход первого блока задержкиподключен через последовательносоединенные. первый блоК умножения,седьмой блок сравнения и третийинтегратор к второму входу первогоблока деления, выход второго блоказадержки подключен через последовательно соединенные второй блок умножения, девятый блок сравнения ичетвертый интегратор к второму вхо 1182486ду второго блока деления, выходы,первого, второго и четвертого интеграторов соединены с вторыми входами соответственно четвертого, пятого и девятого блоков сравнения, вход экстраполятора соединен с первым входом шестого блока сравнения, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход экстраполятора соединен с вторым входом второго сумматора и через третий блок задержки с вторым вхбдом шестого блока сравнения, выходы первого и второго блоков деления соединены с первьщ,и вторым входами восьмого блока сравнения, выход которого соединен с управляющим входом переключателя,50 1Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано припостроении систем управления объектами, целевые переменные которых из-,меряются с запаздыванием, а косвенные переменные в , без запаздывания.Модель влияния приращений косвенных переменных на приращения целевых переменных в операторной формеимеет види(р) = ,где Е - коэффициент пересчета;Т - постоянная времени.Статические свойства полезных составляющих и помех измеряемых переменных являются нестационарными,Цель изобретения - повьппение точности прогнозирования целевой пере" менной.На чертеже представлена блок-схема адаптивного прогнозатора.Адаптивный прогнозатор содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый блоки сравнения 1-9, первый ограничитель 10, первый сумматор 11, первый, второй, третий и четвертый интеграторы 12-15, первый, второй и третий 15 20 25 2блоки задержки 16-18, первый и второй блоки умножения 19 и 20, десятый блок сравнения 21, второй ограничитель 22, пятый интегратор 23 одиннадцатый блок сравнения 24, двенадцатый блок сравнения 25, шестой интегратор 26, масштабирующий блок 27, второй сумматор 28, переключатель 29, седьмой интегратор 30, первый и второй квадраторы .31 и 32, первый и второй блоки деления 33 и 34 и экстраполятор 35. Экстраполятор 35 представлен реальным формирующим звеном с передаточной функциейи(р) 1 Р -Т +1Т, р+1Переключатель содержит нормально замкнутый ключ, нормально разомкнутый ключ и сумматор, причем выходы ключей соединены с входами сумматора, вход нормально замкнутого ключа соединен с первым входом, вход нормально разомкнутого ключа соединен с вторым входом переключателя, управляющие входы ключей соединены с управляющим входом переключателя, выход сумматора подключен к выходу переключателя .На чертеже обозначеноЧ - кос венная переменная в момент времени С; Ч - сглаженное значение косвенной переменной на первом уровне;Ч - (1:) - сглаженное значение косвенной переменной на втором уровне; У - целевая переменная; Ф(+7) - спрогнозированное на интервал Т значение целевой переменной.Прогнозатор работает следующим образом,В исходном сигнале Ч выделяются две низкочастотные (базовые) составляющие Ч -(:) и Ч +Ч,. приращения относительно которыхдЧ (С) = Ч - Ч (1)ЬЧ - (1:) = Ч(Т) - Ч- Чпоступают на информационные входы переключателя 29. Адаптация базового уровня сигнала Ч(Т) заключается в том, что при прогнозе целевой переменной используют приращения косвенной переменной ЬЧ и ЬЧотносительно той базовой составляющей, которая наиболее связана с ошибками экстраполяции целевой переменной.Для этого сигнал о косвенной переменной Ч поступает на вход десятого блока 21 сравнения, где из него вычитается выходной сигнал пятого интегратора 23 о сглаженном значении косвенной переменной первого уровня Ч . Выходной сигнал первого блока 1 сравнения проходит через второй ограничитель 22, где срезаются большие выбросы сигнала, и поступает на пятый интегратор 23. Выходной сигнал пятого интегратора 23 вычитается в одиннадцатом блоке 24 из входного сигнала Ч(с) и с выхода одиннадцатого блока 24 сравнения на второй информационный вход переключателя поступает сигнал о приращении аЧ (1) сигнала Ч(С) относительно его низкочастотной составляющей первого уровня.Сигнал о приращении ДЧпосту 1 пает с выхода первого блока 1 сравнения на первый вход второго блока 2 сравнения, где иэ него вычитается сигнал с выхода седьмого интегратора 30. Выходной сигнал второго блока 2 сравнения проходит через первый ограничитель 10, где срезаются большие выбросы сигнала, и поступает на входседьмого интегратора 30. Сигнал свыхода седьмого интегратора 30 осглаженном значении косвенной переменной на втором уровне Ч (С)алгебраически суммируется в первомсумматоре 11 с сигналом о сглаженном значении косвенной переменнойна первом уровне, Выходной сигнал 1 О третьего блока 3 сравнения о величине приращения косвенной переменнойЧ(С) относительно ее второй низкочастотной составляющей Ч +Ч (1)поступает на первый информационный 15 вход переключателя 29.Степень связи приращений косвенной переменной ЬЧ (1:) и ЛЧс ошибками экстраполяции оценивается с помощью. показателя, являющегося 20 аналогомкоэффициента корреляции.Длярасчета показателейЧ 1 (1 иГд Чцтекущее значение сигналао целевои переменной У(С) в шестомблоке 6 сравнения вычитается из 25 сигнала об экстраполированном значении целевой переменной У (1:)9Е(е) = УЮ - У.Сигнал об ошибке экстраполяции Зо поступает на вторые входы первого19 и второго 20 блоков умножения.На первые выходы первого 19 и второго 20 блоков умножения поступаютс выходов первого 16 и второго 17блоков задержки сигналы о приращекиях косвенной переменной ДЧ (1)и дЧ(С), задержанные на времяСигналы о произведениях бЧ . Еи йЧЕ с выходов первого. 19 и второго 20 блоков умножениясглаживаются. Для этого из выходныхсигналов блоков умножения в седьмом7 и девятом 9 блоках сравнения,вычитаются выходные сигналы третьего 14 и четвертого 15 интеграторов.Сигналы с выхода седьмого 7 и девятого 9 блоков сравнения поступаютна входы третьего 14 и четвертого15 интеграторов. Сглаженные значения сигналов о произведенияхЬЧ(с) Е(т) и ЬЧпоступают на вторые входы блоков деления.В блоках деления зти сигналы нормируются на дисперсию лЧ(С) и дЧ,Это позволяет исключить влияниеабсоюпоткой величины приращений ЬЧ (С,и ьЧ(с) на показатели г 1(с) иГ 4 Р .Для расчета дисперсии сигналов ЬЧИ) и ЬЧ- (1) сигналы о приращеРниях ЬЧ и ЬЧ(й) возводятся в квадрат в первом 31 и втором 32 квадратах и затем сглаживаются. Для этого сигналы с выходов первого 31 и второго 32 квддратов поступают на первые входы четвертого 4 и пятого 5 блоков сравнения, где из них 1 О вычитаются сигналы с выходов первого 12 и второго 13 интеграторов. Сигналы о разности с выходов четвертого 4 и пятого блоков сравнения поступают на входы первого 12 и второго 13 интеграторов, Сигналы о дисперсии приращений ЬЧИ) и ьЧ"- (1) поступают на первые входы первого 33 и второго 34 блоков деления. Таким образом на выходах первого 33,и вто рого 34 блоков деления получаются показатели Г Ь 1и Г ЬЧ (1:)характеризующие степень связи ЬЧ(й) и ЬЧ - (Т) с ошибками экстраполяциицелевой переменной. 25Сигнал о разницеЬпоступает на управляющий вход пере ключателя 29. Выход переключателя 29, подключается к первому информационному входу, если дъО, и ко второму информационному входу, если Р( О, Для этого сигнал о разнице Г посту-З 5 пает на управляющие входы нормально .замкнутого и нормально разомкнутого ключей переключателя 29. При "), О нормально замкнутый ключ замкнут и сигнал с первого входа переключателя 40 поступает через сумматор переключателя "9 на выход переключателя 29, при этом нормально разомкнутый ключ разомкнут. Если д"( О, то нормально, разомкнутый ключ замыкается, а нормально замкнутый ключ размыкается и на выход переключателя 29 поступает сигнал с второго входа переключателяаВыходной сигнал переключателя 29 о приращении косвенной переменной преобразуется в приращение целевой переменной в модели влияния приращений косвенной переменной на приращение целевой переменной. Для этогосигнал о приращении косвенной переменной поступает на вход двенадцатого блока 25 сравнения, где из него вычитается сигнал с выхода шестого интегратора 26 . Сигнал о разнице с выхода двенадцатого блока 25 сравнения подается на вход шестого интегратора 26. Выходной сигнал шестого интегратора 26 поступаетна вход масштабирующего блока 27. На выходе масштабирующего блока 27 получается сигнал о приращении целевой переменной ЬУ(е) за счет приращения косвенной переменной.Прогнозируемое значение сигнала о целевой переменной определяется как сумма экстраполируемого значения целевой переменной У (с+7) и приращения ЬУ(1).Для этого сигналы с выхода экстраполятора 35 об экстраполируемом значении У (С+7) и выхода масштабирующего блока 27 о приращении целевой переменной ЬУ(С) суммируются во втором сумматоре 28. На выходе второго сумматора 28 получается сигнал о прогнозируемом зна.лчении целевой переменной УИ+Т) .Изобретение позволяет повысить точность прогноза целевой переменной за счет адаптивного выделения базовой составляющей косвенной переменной. Использование предлагаемого адаптивного прогнозатора при производстве пластмасс повышает точность прогнозирования целевой переменной на 5 .1182486 Составитель П. Кудряв Техред О.Неце ректор Е. Сирохма едактор К. Волощу аказ 6104/46 4 5 Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная,4 Тираж 862 ВНИИПИ Государст по делам изобр 113035, Иосква, Ж Подписноенного комитета СССтений и открытий5, Раушская наб., д