Идентификатор многомерных объектов

(51) 4 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ/цОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ удово ескина индентификаМф Рф Мно- изаведением блока формийных реверсивныщ возравляемого по частоте ил е достигается рования случдействий и уп генератора. блас(71) Днепропетровский ордена Тго Красного Знамени металлургичинститут нм. Л.И.Брежнева(57) Изобретение относится к о автоматики и может найти применениепри решении задач идентификации неполностью наблюдаемых многопараметрических объектов, Цель изобретения -увеличение быстродействия и точностипри проведении идентификации параметтров многомерных не полностью наблюдаемых объектов, Идентификатор содержит объект идентификации, модельобъекта идентификации, блок вычисления функции качества, управляемыйпо частоте тактовый генератор, блокформирования случайных реверсивныхвоздействий, интеграторы и управляемый по частоте генератор. ЦельИзобретение относится к области систем автоматического управления и может найти применение при решении задач идентификации не полностью наблюдаемых стационарных и нестационарных многопараметрических объектов при различных уровнях полноты априорной информации.Цель изобретения - увеличение быстродействия и точности при проведении идентификации параметров многомерных не полностью наблюдаемых объектов. При этом под неполным наблюдением понимается наблюдение на выходе многомерного объекта только его координат (величины, характеризующие скорость, ускорение объекта и т.д не наблюдаются).На фиг.1 дана структурная схема идентификатора многомерных объектов; на фиг.2 - электрическая, схема управляемого по частоте генератора входных воздействий; на фиг.З - Функциональная схема управляемого по частоте тактового генератора; на Фиг.4 - функциональная схема блока формирования случайных реверсивных воздействий; на фиг.5 - временные диаграммы работы блоков формирования случайных реверсивных воздействчй. Структурная схема предлагаемого идентификатора многомерных объектов (Фиг.1) состоит из объекта идентиФикации 1, модели объекта идентификации 2, блока вычисления функции качества 3, управляемого по частоте тактового генератора 4, блока Формирования случайных реверсивных воздействий 5, интеграторов 6 и управляемого по частоте генератора входных воздействий 7.Управляемый по частоте генератор входных воздействий 7 предназначен для активации системы по входу, Необходимо отметить, что идентификация динамических параметров на основании измерений возможна только в том случае, когда измерения выполнены в период переходного участка системы. Поэтому задачу эффективной активизации переходного процесса в системы, выполняет указанный блок.Электрическая схема управляемого по частоте генератора входных воздействий (Фиг.2) состоит из двух микросхем Д 1.1 и Д 1,2, времязарядных элементов С 1 и С 2, а также резисто 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 ров 1 и 112. Блок собран по схеме симметричного мультивыбратора, в котором частоту выходных импульсов регулируют управляющим напряжением. В таком устройстве чем больше (по абсолютной величине) управляющее напряжение, тем быстрее при зарядке конденсаторов напряжение .на выходе логического элемента уменьшается до порога переключения, и следовательно, тем больше частота генерируемого сигнала. Таким образом, управляемый по частоте генератор 7 формирует сигналы, частота которых зависит от положения системы относительно экстремума функции качества. Изменение частоты генератора может происходить но закону, близкому к линейному, При этом особенность управляемого по частоте генератОра входных воздействий такова, что при движении системы в область экстремума его частота возрастает, а при движении системы в сторону от экстремума - уменьшается. С этой точки зрения управляемый по частоте генератор входных воздействий повьппает надежность процесса идентификации, обеспечивая адаптацию системы по входу, с одной стороны, и надежную активизацию входных воздействий - с другой. Изменение частоты данного генератора при этом соответствует информации: о положении системы относительно экстремума функции качества; о характере сигнала управления, необходимого для.эффективного распознавания параметров объекта идентификации.Управляемый по частоте тактовый генератор 4 предназначен для формирования интервалов переключения, в длительностях которых закодированы значения настраиваемых коэффициентов модели объекта идентификации. Кроме того, использование управляемого по частоте тактового генератора позволяет улучшить такие характеристики системы как точность, быстродействие, помехоустойчивость и надежность. В предлагаемом устройстве процессы изменения длительностей управляющих воздействии и Формирование моментов переключения в соответствии со значениями функции качества происходят не по условию сравнения ; и ; значений критерия качестваидентификации, а за счет изменения частоты тактового генератора.Функциональная схема управляемогопо частоте тактового генератора(фиг.3) включает в себя управляемыйпо частоте генератор 8 (фиг,2), дифференцирующую цель 9, инвертор 10,а также диоды Д 1 и Д 2.Блок формирования случайных реверсивных воздействий необходимдля расширения области возможныхнаправлений при поиске экстремумафункции качества процесса идентификации параметров изучаемого многомерного объекта. Кроме того, еговключение в идентификатор решаетзадачу уменьшения взаимовлияниякоэффициентов модели друг от друга впроцессе их настройки (развязкаканалов настройки), а также задачуселектирования локальных экстремумов функции качества процесса идентификации. Блок формирует сигналыбинарной формы с различной длительностью участков знакопостоянствапо количеству настраиваемых коэффициентов модели. При этом величиныприращений коэффициентов носят цельнонаправленный характер и формирусются с учетом текущей информации осостояниях модели и объекта идентификации при наличии случайного выбора знака шага поиска. Следует отметить, что блок 5 не только реализует случайный выбор изменениянаправлений скоростей настраиваемыхкоэффициентов модели объекта идентификации, но и производит выборзначений этих коэффициентов, определяющих положение модели объекта идентификации в пространстве состоянийс дальнейшей настройкой коэффициентов модели по отношению к идентифицируемым параметрам объекта, Блок 5имеет вход запуска и параметрическиевыходы, На вход запуска подаются ситкалы от управляемого по частоте тактового генератора, а параметрическиевыходы подключены к исполнительныммеханизмам,функциональная схема блока 5 (фиг,4) состоит из генераторов случайных сигкалов 11,12, источника оперного напряжения 3, компараторов 14,15, счетчика 16, ключей 17,18, инверторов 19,20, блоков памяти 21, - 22 и дифференцирующей цепи 23.Рассмотрим работу блока 5 с учетом временных диаграмм (фиг.5) . Для простоты рассмотрим работу одногоМатематическая модель блока 5 мо 4 жет быть представлена следующими соотношениями: У при г, п-Чесли Е а 2 45 где знакопеременные кусочно- постоянные поисковые сигналы;случайная равномерно распределенная последовательность чисел;постоянный регулируемый уровень (порог);последовательность чисел 1,2,3, и;моменты срабатывания управляемого по частоте тактового генератора. 50 канала настройки параметров объектаидентификации. При прохождении нечетного тактового импульса ( фиг.5 а) через счетчик 16 дифференцирующую цепь23 срабатывает ключ 17, замыкаютсяконтакты К 1.1 и напряжение с выходагенератора 11 (фиг.5 б) поступаетна вход блока памяти 21, которыйзапоминает случайное напряжение до О прохода следующей выборки (в моментпрохождения последующего нечетноготактового импульса)Далее с выходакомпаратора 14 (фиг.5 в) поисковоевоздействие определенной полярности 1 (фиг.5 г) поступает через нормальнозамкнутые контакты К 2.2 на входсоответствующего интегратора идентификатора многомерных объектов. Вмомент прихода четного тактового импульса срабатывает ключ 18, размыкаются контакты К 2.2 и соответственнозамыкаются контакты К 2.1. Такимобразом, поисковое воздействие инвертируется (фиг,5 г) при помощи ин вертора 19, однако полярность сигнала на выходе компаратора остаетсянеизменной (фиг.5 в) . При поступлении следующего (уже нечетного)тактового импульса срабатывает ключ2 и процесс поиска повторяется.Процессы, протекающие в другихканалах настройки (фиг.5 д,е,ж),подобны рассмотренному, однако поисковые воздействия ввиду наличия в 35каждом из каналов источников случайности будут статистически независимыми.71215 5 протекает в, двух режимах. В первом, сигналы с управляемого по частотей ( тактового генератора ч поступают на вход запуска блока 5, который на своих выходах вырабатывает посто 5 янные по абсолютной величине и случайные по знаку поисковые управления. Таким образом, в момент переключения управляемого по частоте тактового генератора коэффициенты модели объек та управления изменяются согласно выбранным блоком 5 направлениям в пространстве идентифицируемых параметров. Это новое случайное состояние системы имеет место до последующего переключения управляемого по частоте тактового генератора. На данном интервале времени между моментами переключения 1 и 1., исполнительные меха" низмы изменяют коэффициенты модели в соответствующем направлении. Во втором режиме работы блока 5 осуществляется изменение знака поисковых управлений на противоположньж, т,е. происходит реверс знака поисковых 25 управлений. В течение этого интервала времени исполнительные механизмы будут изменять значения настраиваемых коэффициентов в новом направлении, В дальнейшем происходит чередование режимов работы блока 5. Соотношение длительности случайных и реверсивных интервалов определяет направление движения системы по отношению к экстремуму функции качества. Целенаправленность движения к экстремуму обеспечивается повышением частоты поисковйх управлений при благоприятных смещениях.086 Идентификатор многомерных объектов, содержащий модель объекта, интеграторы по количеству настраиваемых35параметров, соединенные выходамис параметрическими входами модели,и блок вычисления функции качества,о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,40с целью увеличения быстродействияи точности процесса идентификации,он содержит управляемый по частотетактовый генератор и блок формирования случайных реверсивных воздей 45ствий, первый выход блока вычисления Функции качества соединен свходом управляемого по частоте тактового генератора, который черезблок формирования случайных реверсивных воздействий подключен к вхо-: 50дам интеграторов, второй выход блока вычисления функции качествасоединен с входом управляемого почастоте генератора входных воздействий, выход которого подключен к55 входам объекта и модели. ускоренное описание раскрывает механизм настройки коэффициентов модели объекта идентификации, работу которого выполняет контур анализа параметров,Работа контура формирования входных воздействий происходит следрощим образом. На вход управляемого по частоте генератора 7 поступают сигналы с блока вычисления функции каче;ства 3, которые несут информацию о состоянии объекта 2 и модели 2.При движении системы в область экстремума частота генератора возрастает,при движении системы в сторону от экстремума - уменьшается, Таким образом произво" дится целенаправленная активизациясистемы по входу,Положительный эффект устройствазаключается в следующем. Использование в идентификаторе управляемого почастоте генератора на входе системыи управляемого по частоте тактовогогенератора с блоком формирования случайных реверсивных воздействий вканале настройки параметров позволяетреализовать непрерывно-дискретный характер поиска и существенно расширитьобласть применения идентификатора посравнению с устроиством идентификацииметодом самонастраивающейся моделис использованием многоканальногостатистического оптимизатора. Диск"ретный характер поиска проявляетсяв моменты срабатывания управляемогопо частоте тактового генератора,когда блок 5 вырабатывает случайныепо знаку поисковые управления илиже производит их реверс. В тоже время непрерывный характер поискапроявляется в интервалах между срабатыванием управляемого по частотетактового генератора. При этом ловышаются быстродействие и точностьпроцесса идентификации. Формула изобретения