Адаптивный идентификатор

(56) 1.Авторское свидетельство СССР Р 875337,кл. С 05 В 17/00, 1981.2. Авторское свидетельство СССР Р 957168,кл. 0 05 В 13/02,1982 (про тотип).(54)(57) АДАПТИВНЫЙ ИДЕНТИФИКАТОР, содержащий. первый блок оперативной памяти, первый, второй, третий и четвертый блоки умножения, первый сумматор,обьект идентиФикации, вход которого через последовательно соединенные второй блок оперативной памяти и пятый блок умножения соединен с первым входом второго сумматора, а выход третьего суммато ра через последовательно соединенны блок деления, шестой блок умножения и четвертый сумматор - с первым вхо дом седьмого блока умножения, вход пятого блока умножения соединен с входом первого блока умножения, о л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности идентификатора в условиях нестационарности объекта идентиФикации, он содержит первый и второй квадраторы и послеГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙОПИСАНИЕ ИЭО довательно соединенные счетчик итераций, кнопочный выключатель, блокзадания шага поиска и восьмой блокумножения, выход которого связан свторым входом шестого блока умножения, а второй вход - с выходом первого сумматора, первым и вторым входами подключенного соответственнок выходам объекта идентиФикации иседьмого блока умножения, входобъекта идентиФикации соединен с входом счетчика итераций, вторым входом седьмого блока умножения, первым входом второго блока умножения,вторым входом первого блока умножения, через последовательно соединенные первый квадратор, первый блокоперативной памяти и второй блок умножения - с вторым входом второгосумматора, через последовательносоединенные второй квадратор и третий блок умножения - с первым входом третьего сумматора, выход первого блока оперативной памяти соединен с вторым входом третьего блока умножения, выход первого блокаумножения - с вторым входом пятогоблока умножения и двумя входами четвертого блока умножения, выход которого соединен с вторым входой третьего сумматора, а вход седьмогоблока умножения - с вторым входомчетвертого сумматора.Изобретение относится к управлению стационарными и нестационарными объектами и может найти широкое применение при проектировании ииспытаниях различных .систем и объектов. 5Известна адаптивная система для идентификации объекта управления, содержащая блок управления, релейныйэлемент, входной амплитудно-импульсный модулятор, объект управления, 30 чувствительные элементы, выходной амплитудно-импульсный модулятор, первый сумматор сравнения, модель объекта управления, блок умножения, блок настройки параметров модели объекта 15 управления, делитель, второй сумматор и выпрямитель 1 .Недостатком данной системы является необходимость подачи на вход объекта управления воздействий специального вида, что не всегда до.пустимо из технологических соображений.Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является адаптивное устройство, содержащее объект идентификации, вход которого объединен с входом первого блока оперативной памяти, первый блок памяти, последовательно соединенные первый блок оперативной памяти, пер" .вый блок" умножения, первый сумматор, первый блок деления, второй блок умножения, второй сумматор, второй блок оперативной памяти, третий блок умножения, третий сумматор и четвертый блок умножения, второй вхбд кото рого соединен с вторым входом третьего блока умножения и первым входом первого блока умножения, третий вход - с выходом первого блока деле ния, а выход - с вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго блока оперативной памяти и вторым входом второго блока умножения, второй вы .ход первого блока оперативной памяти подключен к второму входу третьего сумматора, а первый и второй входы - соответственно к входу и выходу объекта, выход первого блока памяти соединен с третьим входом второго блока умножения, вторым входом первого сумматора, а также второй блок памяти, третий блок оперативной памяти, пятый и шестой блоки умножения, четвертый и пятый сумматоры и последовательно соединенные седьмой блок умножения, шестой сумматор,второй блок деления и четвертый блок оперативной памяти:,выход которого подключен к второму входу пер вого блока умножения и четвертому . входу четвертого блока умножения, выход шестого сумматора через третий блок оперативной памяти соединен с втоРым своим входом,выходы пятого и 65 шестого блоков умножения подключены соответственно к первым и вторым входам четвертого и пятого сумматоров,выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами седьмого блока умножения, первые входы пятого и шестого блоков умножения подключены соответственно к третьему и четвертому выходам первого блока оперативной памяти,а вторые - к выходу второго блока памяти 21 .Однакб известное устройство реали зует рекуррентный метод наименьших квадратов, т.е. пригодно для идентификации только стационарных объектов. При нестационарном объекте идентификатор работает недостаточно точно.Кроме того, недостачами устройства являются ограниченность его функциональных возможностей, малая точность идентификации нестационарных объектов.Цель изобретения - повышение точности идентификатора в условиях нестационарности ОбъЕкта идентификации и расширение функциональных возможностей устройства за счет расширения класса решаемых задач на нестационарный случай.Поставленная цель достигается тем, что адаптивный идентификатор, содержащий первый блок оперативной памяти, первый, второй, третий и четвертый блоки умножения, первый сумматор, объект идентификации, вход которого через последовательно соединенные второй блок оперативной памяти и пятый блок умножения соединен с первым входом второго сумматора, а выход третьего сумматора через последовательно соединенные блок деления, шестой блок умножения и четвертый сумматор - с первым входом седьмого блока умножения, вход пятого блока умножения соединен с входом первого блока умножения, содержит также первый и второй квадраторы и последовательно соединенные счетчик итераций, кнопочный выключатель, блок задания шага поиска и восьмой блок умножения, выход которого связан с вторым входом шестого блока умножения, а второй входсвыходом первого сумматора, первым и вторым входами подключенного соответственно к выходам объекта идентификации и седьмого блока умножения, вход объекта идентификации соединен с входом счетчика итераций, вторым входом седьмого блока умножения, первым входом второго блока умножения, вторым входом первого блока умножения, через последовательно соединенные первый квадратор, первый блок оперативной памяти и второй блок умножения - с вторым входом второго сумматора, через последовательно соединенные второй квадраторПодставив найденные выражения дляииз Формулы (8) в уравне " ние (1), получаем алгоритмИХ.,ИХ-(Хх.,) Х .,( в-с-С,.сХфь.)Ь.(0 Н Х .,И- ( Х.,)Третье слагаемое в выражении (9) обращается в нуль, так как умножением его обеих частей на Х нетрудно проверить, что= О Хп (аналогично , = С,х.,), Таким образом, 15 алгоритм (1) приобретает видС фС . ( -С Х ) 1 (1) Х.ИХ. И Х -(ХХ Р.чцХВЗИХ,.,И-(ХХ)20Алгоритм (10) можно модифицировать, вводя в него некоторый параметр , т.е.ИХЦХ.(ХХ 1) Хл 1 25ИхЦфИХ.4 -(ХХ.,) Поступая аналогично с изложенным, т,е, вычитая из обеих частей С , умножая полученное выражение слева 30 на 9 и определяя выражение (2), получаем, что для уравнения (11)где- угол между векторами Х и Х., 40Из Формулы (,12 следует, что алгоритм (11) монотонно сходится, т.е.)0 при выполнении условия О 2.Таким образом, выбирая О(с 2,обеспечивают монотонную настройку 45параметров модели,дифФеренцируя формулу (12) пои приравнивая полученное выражение к нулю, легко проверить, что оптимальное значение , обеспечивающее максимальную скорость сходимости, равно единице, т.е, получаем алгоритм (10) . Если же сигналыизмеряют с помехами, то следует брать(1 при идентификации нестационарных объектов и, например, вида1- удовлетворяющее обычным услопвиям стохастической аппроксимации60 скорость сходимости алгоритма (11)выше, чем процедуры Роббинса Ионро.,Таким образом, предлагаемый адаптивный идентификатор реализует адаптивный, двухшаговый, оптимальный побыстродействию алгоритм идентификацииИХ .,И Х-(ХХ.,).ИХИ ПХ .,И-(х х.,)где в общем случае Осс 2 - для нестационарных объектов,=lи - для стационарных, т.е. вэтом случае реализуетсяалгоритм .типа стохастической аппроксимацииПредлагаемое устройство позволяет при решении задачи идентификациина каждой итерации использовать невсю имеющуюся информацию о предыстории объекта, как это делается в рекуррентном методе наименьших квадратов, а данные только двух последнихнаблюдений, что дает возможностьотслеживать дрейф параметров объекта идентификацииНа чертеже приведена Функциональная схема предлагаемого адаптивногоидентификатора.Устройство содержит объект 1 идентификации, два блока 2 и 3 оперативной памяти, два квадратора 4 и 5,восемь блоков 6 - 13 умножения, четыре сумматора 14 - 17, блок 18 деления, счетчик 19 итераций, блок 20задания шага поиска и выключатель 21кнопочный нажимной с замыкающим контактом, причем вход объекта 1 идентификации объединен с входами второго блока 2 оперативной .памяти,первого квадратора 4, первого блока 6умножения, второго блока 11 умножения, второго квадратора 5, седьмого блока 7 умножения и счетчика 19итерации, выход второго блока 2 оперативной памяти подключен к входупервого блока 6 умножения и входупятого блока 8 умножения, выход которого соединен с входом второго сумматора 16. Выход третьего сумматора 14 подключен к входу делителя блока 18 деления, выход которого черезшестой блок 9 умножения подключен квходу четвертого сумматора 15, выходом подключенного к входу седьмогоблока 7 умножения, выход счетчика 19итераций через выключатель 21 кнопочный нажимной с замыкающим контактом и блок 20 задания шага поискасоединен с входом .восьмого блока 13умножения, выход которого подключенк второму входу шестого блока 9 умножения, а второй вход - к выходупервого сумматора 17, первым входомподключенного к выходу объекта 1идентификации, а вторым входом - квыходу седьмого блока 7 умножения,выход первого блока 6 умножения подключен к второму входу пятого блока умножения и входам четвертого блока 12 умножения, выход которого подключен к входу третьего сумматора 14,второй вход которого соединен с выходом третьего блока 10 .умножения,у которого один вход соединен с выходом второго квадратора 5, а второйвход - с вторым входом второго блока 11 умножения и через первыйблок 3 оперативной памяти с выходомпервого квадратора 4, выход второгоблока 11 умноженияподключен к входу 10 второго сумматора 16, соединенного выходом с входам делимого блока 18 деления, выход четвертого сумматора 15, являющийся и выходом адаптивного идентификатора, соединен с его вторым входом.Устройство работает следующим образом.Входной сигнал Х подается одновременно на входы объекта 1 идентификации, блока 2 оперативной памяти, представляющего собой запоминающий регистр, квадратора 4, предназначен 15 20 25 ного для вычисления квадратора евклидавай нормы вектора входовХИг второй вход блока 6 умножения, вход блока 11 умножения, вход квадратора 5, предназначенного, как и квадратор 4, для вычисления квадрата евклидовой нормы вектора входов И Х 1111,г вход блока 7 умножения, вход счетчи 30 ка 19 итераций, заставляя его очередной раз сработать. Выходной сигнал И 35 объекта 1 идентификации подается на вход сумматора 17, у которого на инверсный вход подается сигнал с выхода блока 7 умножения. Выходной сигнал сумматора 17 подается на вход 40 блока 13 умножения, на второй вход которого подается сигнал с блока 20 задания шага поиска, равный константе 0(2, если выключатель 21 кнопочный нажимной с замыкающим контактом нормально открыт (для нестацио 45 нарного объекта), и равный если указанный выключатель 21 замкнут и соединяет вход блока 20 задания шага поиска с выходом счетчика 19 итераций (для стационарного объекта) .В исходном состоянии в первом блоке 2 оперативной памяти записаны нули, во втором блоке 3 - любое, отличное от нуля, число. На первой итерации сигнал 1 записывается в 55 блок 2 оперативной памяти (на его выходе остается нуль), преобразуется в квадраторе 4 в величину Х,ИХ и записывается в блок 3 оперативной памяти, "проталкивая" на его выход эа писанное там ранее число м, подается на входы блоков 6 и 11 умножения, преобразуется квадратором 5 в величину Х, , подается на вход блока.7 умножения и заставляет один раз сработать счетчик 19 итераций, При этомв адаптивном идентификаторе реализуются следующие операции.Блок 6 умножения вычисляет величину Х Х = О, блок умножения 8 -(ХоХ,)Х=- О, блок 11 умножения -х,1 гх, =3 Хсумматор 16 -Х 11 х, -(,Х, х,)Х, = дХблок 10 умножения. -Х,И 1 Х 11 гХ,И 4,блок 12 умножения - х хо 1 г = О, сумматор 14 -Х,ИХ,И -Х; х,1 =Х,ИДЗ,Х,и блок.18 деления - в . При этоМ, ИХ, Иблок 7 Умножения вычисляет величину С" Х поскольку на выходе сумматора 15 - нули, а в сумматоре 17вычисляется разность , - "ОХ, = И. Вблоке 13 умножения реализуется операция ,Ч С, Х, - , Ц а в блоке 9умножения получается произведение, , которое подается на сумИХ,Иматор 15 и появляется на его выходев качестве оценки С,На второй итерации сигнал К исоответственно ИХХИ "проталкивают"величины К, и ИХ,11 из блоков 2 и 3оперативной памяти,при этом последние появляются на выходах этих блоков, а вместо них записываются Хб иИХгИ в соответствующие регистры.Далее блоки 6 и 8 умножения вычисляют значение (К, Х,) Х блок 11 умножения - Х,11 Х, блок 10 умножения -ИХо 1( ИХ,И, блок 12 умножения - (КгХ.Эти сигналы подаются на соответствующие сумматоры, которые вычисляютвеличины: сумматор 16 -ИХИ "г (ХгХРарсумматор 14 - К,И И Х И - (Ъ Х,1 г .Этн сигналы подаются на блок 18 деления, который вычисляет частноеХ,И Х г-С Х гХя 1 Х,Х 2 Хя -(ХгХякоторое подается на вход блока 9умножения. На второй его вход подается сигнал, соответствующий величине г ( - С Хг) и вычисляемый блоком 7 умножения, сумматором 7, блоком 20 задания шага поиска и блоком 13 умножения. Произведение, по-лученное в блоке 9 умножения, подается на один из входов сумматора:15,на другом входе ко,уорого присутствует сигнал, соответствующий величине г . Таким образом, на выходе сумматора 15, являющегося и выходом адаптивного идентиФикатора, появляетсяоценкат 1 Х Хг-(хгХ,1 Х,Сг=С,Ягг-С Хг 1И "гИ И 11-(х х,1Далее все итерации происходят аналогично второй. В зависимости от положения выключателя 21 кнопочного10 1136115 аэ 10284/34. Тираж 863 Подписиойа 4 е ИПИ филиал ППП фПатент", г. Ужгород, ул.Проектная, 4 нажимного с замыкающим контактом, блок 20 задания шага поиска вырабатывает постоянный или переменный во времени сигнал, что позволяет либо устойчивд отслеживать тренд нестационарного объекта, либо получать не- смещенные эффективные оценки для стационарного.Таким 6 Ьразом, предлагаемый адаптивный идентификатор по сравнению с известным обладает более широкими 10 Функциональными возможностями, а имеено реализует двухшаговый адаптивный алгоритм .идентификации нестационарного объекта (дополнительно к возможности идентификации стационар,5 ного объекта), т,е. позволяет при решении задачи идентификации на каждой итерации использовать не всю имеющуюся информацию о предыстории объекта, как это делается врекуррентО ном методе наименьших квадратов, а данные только двух последних наблюдений, что позволяет отслеживать дрейф параметров объекта идентификации. 25Кроме того, изобретение характеризуется простотой технической реализации, т.е. его можно реализовать в виде набора аналогичных блоков, выполненных на современных интегральных элементах, и может найти приме-, нение в системах управления технологическими процессами в химической, нефтехимической, пищевой.и-других отраслях промышленности с идентификатором в контуре управления.Применение предлагаемого устройства позволяет оперативно получать достоверную информацию об объекте управления что ведет к повышению ка 3чества процесса управления объектом, а это в свою очередь обеспечивает получение положительного экономического эффекта. Ожидаемый экономический эффект от применения изобретения в системах управления технологическими процесса-. ми типового производства кальцинированной соды по сравнению с базовым объектом, которым являются локальные системы автоматического управления, составляет45 тыс, руб. в год за счет снижения расходов нк 1 т соды: очищенного рассола на 0,03 м , параЭ на 0,009 Гкал, извести на 0,07 кг, электроэнергии на 0,08 кВт ч. и др., что дает снижение себестоимости готовой продукции на 0,08 руб./т соды.