Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стохастических объектов

ййЩ Я 1 т 746543 Союз СоветскикСоциалистическиеРеспублик ИЗОБРЕТЕН ЙЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ1ФРщ(61) Дополнительное к авт, свид-ву(22) Заявлено 26,04. 78 (21) 2608780/18-24с присоелинением заявки лйОпубликовано 07,07.80, Бюллетень й 25 до делам зобретеий открытийДата опубликования описания 08,07,80(72) Авторы изобретения Б, Б. Тимофеев, Л. Л, Прядкин, Ю. Д, Бондарь и ВМ. Никитенко Киевский институт автоматики им. ХХУ съезда КПСС(54) ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ НЕСТАЦИОНАРНЫХ СТОХАСТИЧЕСКИХ ОБЪЕКТОВ 1Изобретение относится к автоматике . и вычислительной технике предназначено дпя настройки в реальном масштабе времени параметров линейных или приводимых к линейным по коэффициентам моделей нестационарных стахастических обьек 5 тов и может применяться как самостоятельно для изучения объектов, так и в комплексе с другими устройствами для управления.Известен идентификатор, входящий в адаптивную систему управления, содержащий элементы задержки, блоки умноже ния, нелинейный преобразователь, усилители с переменным коэффициентом усиле-, ния и дискретные интеграторы (диграторы) Я.К недостаткам указанного устройстваотносятся возникающие большие ошибкипрогноза при идентификации нестацяонарных обьектов из-за того, .что коэффициент шага с возрастанием номера итерации стремится к нулю. 2Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является адаптивное вычислительное устройство, содержащееаналого-цифровой преобразователь, блок памяти, блок управления, бпоки формированиялинейно-независимых функций, кольцевойсчетчик, регистры сдвига, оперативныйрегистр, блок скалярного произведения,блок масштаба приращения коэффициентови ключи, образующие арифметическийбдок и коммутатор 21,К недостаткам этого устройства относится большое время ввода устройства в работу из-за большкх ошибок, возникающих в начальный период. когда априорные значения коэффициентов взяты производьно, и большие ошибки прогноза при идентификации нестационарных обьектов из-за невозможности отслеживания изменяющихся коэффициентов объекта вследствие того, что коэффициент шагас возрастанием номера итерации стремится к нулю.(3) 45 3 7465Цель изобретения - сокращение времени ввода устройства в работу и уменьшение ошибки прогноза при идентификации нестационарных объектов.Поставленная цель достигается тем,что в вычислительное устройство, содер 5жащее коммутатор, вход которого является входом устройства, а выход соединенс информационным входом аналого-цифрового преобразователя, выход которогоподключен к первому входу блока памяти,выход которого соединен с первым входомарифметического блока, первьй выход которого подключен ко второму входу блокапамяти, управляющие входы коммутаторааналого-цифрового преобразователя, блокапамяти и арифметического блока соединены с выходом блока управления, введенытриггер начальной настройки, регистрсерии, реверсивный счетчик и блок постоян 2 рной памяти, выход которого соединен совторым входом арифметического блока, авход подключен к выходу реверсивногосчетчика, вход которого соединен с выходом регистра серии, первый и второй 25входы которого подключены соответственно ко второму выходу арифметическогоблока и к выходу триггера начальнойнастройки, вход которого подключен ктретьему выходу арифметического блока, зоуправляющие входы регистра серии, реверсивного счетчика, блока постояннойпамяти и триггера начальной настройкиподключены к выходу блока управления,вход которого соединен с выходом триг- З 5гера начальной настройки,Предлагаемое вычислительное устройст-во схематически показано на чертеже.Оно состоит из коммутатора 1, аналого-цифрового преобразователя 2 аналог Окод, блока 3 памяти, арифметитбскогоблока 4, триггера 5 начальной настройки, регистра 6 серии, реверсивногосчетчика 7, блока 8 постоянной памяти,блока 9 управления. Выход коммутатора 1 через преобразователь 2 аналог-код соединен с первым входом блока 3 памяти, выход которого соединен с первым входом арифметического блока 4, при этом первый выход последнего соединен со вторым входом блока 3 памяти, Второй выход арифметического блока 4 соединен с первым входом регистра 6 серии, а третий его выход соединен со входом триггера 5 начальной настройки, выход которого по одной цепи соединен со входом блока 9 уйравлеййя, а по другой - со вто 434рым цходом регистра 6 серии, выход котс 1 рого через последовательно соединенные реверсивный счетчик 7 и блок 8 постоянной памяти соединен со вторым входом арифметического блока 4; выход блока 9 соединен с управляющими входами всех перечисленных выше признаков.Коммутатор 1 предназначен для коммутации сигналов, поступающих от датчиков технологического процесса.Аналого-цифровой преобразователь 2 аналог-код служит для преобразования непрерывных сигналов датчиков в цифровую форму.Блок 3 памяти необходим для запоминания текущей информации, поступаюшей от датчиков,. а также для запоминания оценок коэффициентов модели и констант, ,характеризующих конкретный объект,Арифметический блок 4 предназначен для производства арифметических операций по вычислению оценок коэффициентов моделей. Расчет производится последовательно в соответствии с выражениями1.1и м о илл 1 л 1-л 1 л 11 (1) О =О, +й Э х, .В 1,К 1,Н-Л 0 И И 1,В- коэффициент шага;у выходная переменная,у - входная -1 -я переменная1 ЧЭкоторая в общем случае может быть функцией 1(Х)18 - постоянный нормирующиймножитель, равный/Я,-2О - количество существенныхвходных переменных,Триггер 5 начальной настройки предназначен для того, чтобы в устройствепосле ввода первого измерения входов ивыходов совершались начальные настроечные циклы по вычислению первого значения коэффициентов модели О 1=0 1 ,Р1 Л 4фдотехпор, пока ошибкаР,фУл-(И +, а Х )Л о(1 1 а А 31 1 лне станет меньше заднего значения ОЛ 4 А, Введение начал ьных настроечных циклов устраняет колебания выхода модели,5 7485436 обусловленные произвольными априорны- этом блок 8 вьщает максимальное знами значениями коэффициентов, повышает чение шага /,=1. точность вычисления оценок в момент Блок 8 постоянной памяти предназнавключения и значительно сокращает вре- чен для хранения чисел гармонического мя ввода устройства в работу. Сигналы 5 ряда, которые испопьзуются в качестве с триггера 5 поступают на блок управле- значений коэффициента шага"1/5, 5=1,1,к. ния и на регистр серий. Сигнал с триг- Наибольшее значение К выбирают из гера 5 в блоке управления испопьзуется практических соображений равным 32, как условие для микропрограммного авто Блок применяется для того, чтобы устмата, невыполнение которого ведет к 0 ранить операцию деления в арифметичесповторному вычислению коэффициентов ком блоке 4 для повышения его быстро- модели с данными первого измерения вхо действия.дов и выхода, В регистре 6 серий сиг- Блок 9 управления, основанный на нал с триггера 5 после каждого цикла микропрограммном автомате, произвовычисления коэффициентов изменяет со дит переиючение каналов датчиков,комстояние триггера знака, что приводит к мутатором 1, запускает анапого-цифроуменьшению коэффициента шагапо гар- вой преобразователь 2 через заданные моническому закону. промежутки времени, а также осущестРегистр 6 серий состоит из счет- вляет последовательность работы отдель- чика с триггером знака и служит для вы ных блоков устройства. деления и хранения длины серии, которая Устройство работает следующим представляет собой количество наблюдае- образом.мых подряд одинаковых знаков ошибокпрогноза 0 . Если ошибка р на- , . По сигналам бпока управления коммуикаждом шаге вычисления меняет свой 5 татором 1 производится последовательное знак, что фиксируется триггером знака, подключение сигналов датчиков по входу то счетчик устанавливается в единичное преобразователя 2 аналог-код. Послед- состояние. Если триггер знака фиксирует ний производит преобразование значения все. время наличие одной серии, то счет- непрерывного сигнала в цифровую форму чик считает до 5 а затем блоки- ется и подает его в блок 3 памяти. ПослеР РУ 30по входу до тех пор, пока триггер знапреобразования всех сигналов произвока не зафиксирует начало серии другого дится вычисление ошибки прогноза по знака. Счетчик устанавливается в началь- ыРажениювыражениюное положение при изменении .состоянияНа первом цикле вычислении в качестве значений коэффициентов О, 1=О,1,."и35 Ффй используются априорные сведения.Реверсивный счетчик 7 предназначен Полученный знак ошибки прогноза Э 4 для определения адреса текущего значе- засылается в триггер знака регистра 6 ния коэффициента шага н Р запоми- серии, а счетчик последнего устанавлинания его до следующего цикла вычисле- вается в единичное состояние. Реверсив 40ний и выдачи адреса в блок 8. Порядко- ный счетчик 7 также устанавливается в вый номер состояния счетчика 7 опреде- единичное состояние, при этом с блока ляет адрес текущего шага в блок 8. Ра снимается значение шага=1. НаУбота счетчика 7 определяется регистром первом цикле призводится сравнение зна серии. При длине серии, равной еди 45чения ошибки ) с величиной желаемой4 нице счетчик 7 увеличивает свое состоя- ошибки А, заданной априорно. Если не ние также на единицу. Коэффициент ша- равенство 10 ( А не выполняется, га, считываемый с блока 8 уменьшается то устанавливается в единичное состояние при этом по гармоническому закону. триггер 5, сигналы с которого поступают Если длина серии равна двум, то счет- в блок управления для совершения настро 50чик 7 остается в прежнем состоянии. ечных циклов. Настроечные циклы заклюПри длине серии равной трем состояние чаются в вычислении коэффициентов моде- счетчика 7 уменьшается на единицу, ли по выражениям (1) - (3) с данными когда длина серии остается равной четы- первого измерения входов и выхода. рем, состояние его уменьшается в два Коэффициент шага м при этом изме 55 о 1 раза (сдвиг в сторону младших разрядов). няется по гармоническому закону, Если длинасерии равна пятИР то млад- После каждого цикла вьиислений коэфший разряд счетчика 7 устанавливается фициентов проверяется неравенствоП)А . в единицу, а остальные в нуль, При Если оно выполняется, то триггер 5746843 8применять его при автоматическом управе- лении обьектами. Вычислительное устройство для определения параметров нестационарных стахастических обьектов, содержащее коммутатор, вход которого является входомустройства, а выход соединен с информационным входом аналогО-цифрового преобразователя, выход которого подключен ипервому входу блока памяти, выход которого соединен с первым входом арифметического блока, первый выход которогоподключен ко второму входу блока паымти, управляющие входы коммутатора,аналого-цифрового преобразователя, блока памяти и арифметического блока соединены с выходом блока управления,о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, сцелью повышения точности прогноза приидентификации нестационарных обьектов,в устройство введены триггер начальнойнастройки, регистр серий, реверсивныйсчетчик и блок постоянной памяти, выход которого соединен со вторым входомарифметического блока, а вход подключен к выходу реверсивного счетчика,вход которого соединен с выходом регистра серий, первый и второй входы которого подключены соответственно ко второму выходу арифметического блока и квыходу триггера начальной настройки,вход которого подключен к третьемувыходу арифметического блока, управляющие входы регистра серии, реверсивногосчетчика, блока постоянной памяти итриггера начальной настройки подключенык выходу блока управления, вход которого соединен с вьасодом триггера начапьной настройки. "Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1. Цыпкин Я. 3. Адаптация и обучение в автоматических системах, М.,Науками, 1969, с. 206-220.2, Авторское свидетельство СССРЪ 249773, кл. 6 06 Р 15/00,1969. Знак ошибки Э поступает в регистр 6 серии, где определяется дпина текущей серии, В зависимости от ее длины26 счетчик 7 из блока 8 выбирает определенное значение шагаи подает его в арифметический блок 4. Если регистр 6 серии фиксирует чередование серий длины единица, то из блока 8и У25 считывается последовательностьОИ ф изменяющаяся По гармоническому закону. При появлении серии длины "два шаг не изменяется. Серия длиной 4 Г РМ - 4 ЭО три увеличивает значение шага дм е который берется равным предыдущему члену гармонической последовательности, Если наблюдается серия длиной "четыре", то шаг г, увеличивается в два раза.Серия длины "пять" вызывает максимальное значение шага ,=1. После выбора шагапроизводится вычисление нулевого коэффициента модели по выражению 2) и коэффициентов соответ 40 ствующих отдельным входом по выражению (31. Коэффициент В в формуле (3) вычисляется по априорным средним значениям входных переменных и для конкретного объекта является константой.45Использование новых элементов - триггера начальной настройки, регистра серий,реверсивного счетчика, блока постоянной памяти дает возможность сократить время ввода устройства в работу и уменьшить ошибку прогноза при идентификации50 нестационарных обьектов, что позволит 7густанавливается в нулевое состояние,снимается блокировка с блока 9 управлния, а регистр 6 серий и реверсивныйсчетчик 7 устанавливаютсяв единичноесостояние, при котором с выходаблока8 считывается =1. После оконформула изобретениячания начальных настроечных цикловоценки коэффициентов приближаются кистинным значениям коэффициентов, иошибка прогноза при этом уже не зависит 1 Оот априорных значений коэффициентов.На следующих рабочих циклах производится опрос датчиков и занесение их значений в блок 3 памяти. Производится вы.числение ошибки прогноза Х) по выраже нию 11,та ПодднсноеССР аз 4104/18 Тираж 781ЦНИИ ПИ Государственного комитетапо делам изобретений и открыли 113035, Москва, Ж 38, Раушс филиал ППП фПатентф, г, Ужгород, ул Проектная, 4 Составитель В. ЖовинскийРедактор Л. Алексеенко Техред Ж, Кастелевич Корректо