Система идентификации параметров линейных объектов

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН 15 05 В 13/02 ескийри Томитете ицка о СССР 1980.СССР 1979. ПАРАМЕТР ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕ Н АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ(54) СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ 2(57) Изобретение относится к системам автоматического управления и позволяет обеспечить идентификацию объектов с неполной информацией по вектору состояния. Система содержит блок 2 датчиков состояния, подключенных к объекту 1, подстраиваемую модель 3, вы" числитель 4 параметров, формирователь 5 функции чувствительности с подклю 1ченными блоком б аналоговой памяти и блоком 7 постоянной памяти, блок 8 задания начальных условий, последо" вательно соединенные вычислитель 9 критерия идентификации и пороговый блок 10, синхронизатор 11, четыре ключа 12, 13, 14, 15. 8 ил.Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть применено при управленииобъектами с неполной информацией впроцессе,их нормального функционирования.Целью и,зобретения является расширение функциональных возможностей засчет обеспечения работоспособностисистемы идентификации объекта с неполной информацией по вектору сос 1., стояния.Пусть динамика объекта описывается уравнениями15х=А(6)х, х(0) =х,(1)з=Ях, (2)где х - п-вектор состояния объекта;з - ш-вектор выхода объекта(ш (и);20Б - щ.п-матрица наЬлюдения;0 - г-вектор неизвестных параметров.Предлагаемое устройство реализует итерационную: процедуру подстройки 25параметров 0 . Пусть после -й итерации получена оценка вектора параметров 6. Рассмотрим систему, аналогичную (1), но отличающуюся тем, что 6заменено на 6:30у=А(0)у, у(;)=у;(3)Решение системы (3) реализуется в блоке подстраиваемой модели, Вектор параметров 6 поступает из блока аналоговой памяти.35решение системы (1) на отРезке с;,с;можно приближенно предста.- вить в видех ху+д / (9-6). Сй) Выражение (4) представляет собой разложение в ряд Тейлора в окрестности,Эху, Производнаявычисляется приЭх 45 х=у и это отражается записью,.=И=Эв матри чувствительности, иг; 1-й столбец этой матрицы М1Ъх Эх- функция чувствию; Эе;150 тельности к 1-му параметру и характеризует чувствительность решения х(е) к изменению параметра 8 . Матрицаблоке Формирователя Функций чувст вительности. Задание нулевых начальных условий происходит с помощью блока постояйной памяти через ключ.Новую оценку вектора параметров 8определяют из условия минимума Функционала качествае,)( л) 8 х (л);,1 л (6) 31 Условие минимума =0 приводит к след 6 дующей системе алгебраических уравнений:1(8 У) 8 Ц0-(81)(з(л)е;8 у(д) Ул(7) Решая эту систему, находят д 6, а новую оценку получают по Формулев" =в+вв (,), (8) Затем итерационная процедура повторяется с тем различием, что б заменяют на Вф,В вычислителе критерия идентификации реализуется квадрат норм вектора В", гН В г-Е г1Полученное значениедои г оценива ется в порого.,ч Ьлоке с заданной точностью Е. При выполнении условия 1 ДОН Ена вь,ходе порогового блока появляется импульс, который подается ча генератор тактовых импульсов и отключает его.На Фиг. 1 представлена блок-схема системы идентификации параметров линейных объектов; на фиг, 2 - функциональная схема подстраиваемой модели; на фиг. 3 - функциональная схема формирователя функций чувствительностина Фиг. 4 - функциональная схема вычислителя параметров; на Фиг. 5 - вариант исполнения блока Формирования начальных условий; на фиг. 6 - вариант исполнения Ьлока умножения; на Фиг.- вариант исполнения блока решения алгебраической системы; на Фиг. 8 - вариант исполнения синхронизатора.Система содержит объект 1 идентиФикации, Ьлок 2 датчиков состоянияобъекта, подстраиваемую модель 3, вычислитель 4 параметров, формирователь5 функции чувствительности, блок 6аналоговой памяти, блокпостояннойпамяти, Ьлок 8 задания начальных условий, вычислитель 9 критерия идентификации, пороговый блок 10, синхронизатор 11, ключи 12 - 15.5 153442Вариант исполнения подстраиваемой модели (фиг. 2), описываемой уравнениями .(3), рассматривается на примере системы второго порядка5у, =й, =О,у,+а,. у, у,(0)=у (9)Уг =а У 1+а ггу ф Уг(О) У Подстраиваемая модель состоит из двух интеграторов 16 и 17, входы которых 10 через нормально замкнутые контакты 18 и 19 реле 20 подключены к формирователю правых частей Г, и Й . Формирователь , состоит из умножителя 21, один вход которого соединен с выходом интегратора 16, а другой вход - с отдельным выходом блока 6, умножителя 22, один вход которого соединен с выходом интегратора 17, а другой вход с отдельным выходом блока 7, сумматора 23, два входа которого соединены с выходами умножителей 21 и 22 соответственно, а выход сумматора 23 - с , входом интегратора 16 через нормаль-, но замкнутый контакт 18 и реле 20, формирователь Гг состоит из умножите-. ля 24, один вход которого соединен с отдельным выходом блока 6, а другой вход - с выходом интегратора 16, умно- жителя 25, один вход которого соединен с отдельным выходом Ьлока 7 постоянной памяти, а другой вход - с выходом интегратора 7, сумматора 26, два входа которого соединены с выходами умножителей 24 и 25 соответственно, 35 а выход сумматора 26 соединен с входом интегратора 17 через нормально замкнутый контакт 19 реле 20.На фиг, 3 представлен вариант исполнения формирователя 5 функций чув ствительности, описываемых уравнениями (5). Для системы второго порядка (9) матрица чувствительности Ы=1 ЮИудовлетворяет уравнениюУ 1 О 45М=АЫ+ 0 У(О)=О. (10)0 угформирователь 5 функции чувствительности состоит из интеграторов 27- 30, на выходе которых получаются соответственно функции И,У,г,Я , и У, из четырех блоков формирования правых частей системы (ыю, цгэ,и). Формирователь со, состоит из умножителя 31, один вход которого соединен с выходом 55 интегратора 27, а другой вход - с отдельным выходом блока 6 памяти, .из умножителя 32, один вход которого соеди 9 6нен с выходом Ьлока 7 постоянной памяти, а другой - с выходом интегратора.29, иэ сумматора 33, три входа которого соединяются с выходом умножителя 31, выходом умножителя 32 и отдельным выходом подстраиваемой модели 3. Выход сумматора 33 соединен с входом интегратора 27 через нормально замкнутый контакт 34 реле 35.формирователь юг состоит из умно жителей 36 и 37 и сумматора 38. Один вход умножителя 36 соединен с выходом Ьлока 6, другой вход - с выходом интегратора 28. Один вход умножителя 37 соединен с выходом блока 7 постоянной памяти, другой вход - с выходом интегратора 30. Оба выхода умножителей 36 и 37 соединены с входами сумматора 38, выход которого соединен с входом интегратора 28 через нормально замкнутый контакт 39,реле 35. Формирователь сд состоит иэ умножителей 40 и 41 и сумматора 42, Одни входы умножителей 40 и 41 соединены с выходами блоков 6 и 7 соответственно, другие входы - с выходами интеграторов 27 и 28 соответственно. Выходы умножителей 40 и 41 соединены с входами сумматора 42, вы" ход которого соединен с входом интегратора 29 через нормально замкнутый контакт. 43 реле 35. Формирователь ьу состоит из умножителей 44 и 45 и сумматора 46Одни входы умножителей 44 и 45 соединены с выходами блоков 6 и 7, другие входы - с выходами интегратора 28 и 30 соответственно. Выходы умножителей 44 и 45 подаются на два входа сумматора 46, третий вход которого соединен с отдельным выходом подстраиваемой модели. Выход сумматора 46 соединен с входом интегратора 30 через нормально замкнутый контактрелеВычислитель 4 параметров (фиг.4) реализует формирование алгебраических систем 9 и ее рещение, а также получение нового значения параметров 6; и состоит из блока 48, реализующего матричное произведение ЯУ, блока 49, реализующего операцию матричного транспортирования (ЯЧ) ", блока 50, реализующего операцию матричного умножения (БИ) БЧ, блока 51, реализующего операцию матричного интегрирования (Би) Б 1 ж, блока 52, реализую" щего операцию матричного умножения Бу, блока 53, реализующего операцию матричного вычитания г-Яу, блока 54, 1534429реализующего операцию матричного умножения (БЯ) (г-БУ), блока 55, реализующего операцию матричного интегрирования )(БИ) (г-Зу)ат, блока 56, реализующего решение алгебраической системы (7), блока 57, реализующего опе 1 ацию матричного сложения 9+Ь 9.Первый вход блока 48 умножения соеинен с отдельным выходом блока 7 потоянной памяти, второй вход - с выодом Формирователя 5 функции чувст"ительности. Выход блока 48 соединенвходом блока 49 и вторым входом блоа 50 умножения, первый вход которого 15оединен с выходом блока 49Выходлока 50 соединен с входом блока 51ерез нормально замкнутый контакт 58еле 59, выход блока 51 соединен с отельным входом блока 56. Первый входлока 52 соединен с отдельным выходомлока 7 памяти, другой вход блока 52оединен с выходом блока 3. Выход блоа 52 соединен с первым входом блоа 53, второй вход которого соединен 25выходом блока 2. Выход блока 53 соеинен с вторым входом блока 54, перый вход которого соединен с выходомлока 49. Выход блока 54 соединен сходом блока 55 через нормально эамк-.З 0утый контакт 60 реле 59, выход блоа 55 " с отдельным входом блока 56,выход которого соединен с одним иэвходов блока 57, вторым входом соединенного с выходом блока 6. С выходаблока 57 вектор параметров 6 черезключ поступает в блок 6 аналоговойпамяти. С выхода блока 57 вектор приращения параметров д 9 поступает влок задания начальных условий и блок 406 аналоговой памяти.Блок 8 формирования начальных условий (фиг, 5) состоит иэ матричного умножителя 61, на первый вход которогоподается У с выхода формирователя 5 45 Функций чувствительности, а на второй вход - 69 с отдельного выходавычислителя 4 параметров. Выход умно- жителя 61 соединен с одним из входовМатричного сумматора 62, другой входкоторого соединен с выходом подстраиваемой модели 3 через последовательносоединенные нормально разомкнутый контакт 63 реле 64 и запоминающий эле" мент 65, построенный на основе интегрирующего усилителя. На выходе сум матора 62 получается новое начальное условие у(е,;)+будд, которое подается на ключ 14. Блок 48 (Фиг. 6) для случая матрицы наблюдения 8 в виде вектор-строки Б=(БЯ ц ) состоит из умножителей 66- 69 и сумматоров 70 и 71. Первые входы умножителей 66-69 соединены с блоком постоянной памяти, вторые входы умножителей - с выходами интеграторов 27- 30 соответственно. Выходы умножителей 66 и 67 соединены с входами суммато- ра 70, Выходы умножителей 68 и 69 соединены с входами сумматора 71. На входе сумматора 70 получается первая компонента вектора произведения БЮ, а на выходе сумматора 71 - вторая.Блок 56 (Фиг, 7) состоит иэ трех .Формирователей, на выходе которых получают определители Д, д и Л а также двух делителей, Первый Формирователь состоит из умножи" елей 72 и 73 и блока 74, реализующего операцию вычита - ния. Так как блок 51 реализует матрицу алгебраической системы Ф, то на четырех отдельных выходах этого блока получают фф, Фи ф, Блок 55 реализует правую часть алгебраической системы Р, поэтому на двух отдельных выходах получают Р и Р . Два входа умножителя 72 соединены с двумя отдельными выходами блока 51 ( ф, ), два входа умножителя 73 соединены с другими двумя отдельными выходами блока 51 ( Ф, , ф,), Первый вход блока 74 соединен с выходом умножителя 72, второй вход - с вы" ходом блока 73, Второй формирователь, реализующий,2 состоит из умножителей 75 и 76 и блока 77 вычитания. Два входа умножителя 75 соединены с отдельными выходами блоков 51 и 55 (Ф, Р,), два входа умножителя 76 - с дру- гими отдельными выходами блоков 51 и 55 ( ФЕ ). Выходы умножителей 75 и 76 соединены с первым и вторым вхоами блока 77. Третий формирователь, реализующий д, состоит из умножителей 78 и 79 и блока 80 вычитания. Два входа умножителя 78 соединены с двумявыходами блоков 51 и 55 ( Ф 11, Р) два входа умножителя 79 - с другимивыходами блоков 51 и 55 ( ф Р,) Выходы умножителей 78 и 79 соединены с первым и вторым входами блока 80 вычитания. Первые входы блоков 81 и 82 деления соединены с выходами блоков 77 и 80 соответственно, а вторые выходы блоков деления 81 и 82 - с выходами, блока 74 вычитания. На выходах блоков 81 и 82 деления получают решение алгебраической системы дд, и дВ.15344 Синхронизатор 11 (фиг. 8), на выходе которого получают четыре управляющих импульса Я 1-5 , состоит иэ одновибратора 83, схемы ЙЛИ 81, генератора 85 тактовых импульсов (ГТИ), линий, 86 и 87 задержки, схемы ИЛИ 88. Одно- вибратор запускается от кнопки 89 Е. Выход одновибратора 83 соединен с одним входом схемы ИЛИ 84, второй вход которой соединен с выходом порогового блока 10, Выход схемы ИЛИ 84 соединен с управляющим входом ГТИ 85. ГТИ вырабатывает импульс Б , поступающий на линию 86 задержки,. с выхода которой получают импульс 8, поступающий на вход линии 87 задержки, С выхода линии 87 задержки получают импульс Б. Схема ИЛИ 88 имеет три входа, первый из которых соединен с выходом ГТИ 85, 20 второй - с выходом линии 86, третийс выходом линии 87 задержки. На выходе схемы 88 получают импульс ьСистема работает следующим образом. 25До начала работы (запуска ГТИ) задается исходное состояние устройства. В блоке б аналоговой памяти ус" танавливается начальное значение век" тора параметров .О, которое известно ЗО иэ физической постановки задачи, ну-. ,левое значение дО. В блок 7 постоян,ной памяти записывается матрица наблюдения Б, известные элементы матрицы А, нулевая константа. На интеграторах 16 и 17 устанавливаются начальные условия :у,(0), у (0) из Физической постановки задачи, На интеграторах 27 " 30, 51 и 55 устанавливаются нулевые начальные Условия В пороговом элементе Ус 40 танавливается значение Я.В момент с; появЛяются два управляющих импульса Я, и 8 . По импульсу 8 нормально замкнутые контакты 18 и 19 реле 20, контакты 34, 39 и 47 ре ле 35, контакты 58 и 60 реле 59 во входных цепях интеграторов 16,17, 27- 30, 51 и 55 размыкаются, благодаря чему достигается Фиксация решений у(;), Щс,), Р(с;), Ф(й.;). В этот же момент с, на выходе блока 56 получают 50 решение алгебраической системы д 8, которое через ключ 15 записывается в блоке 6, одновременно происходит запись нового значения 0 в блок 6 через ключ 13. С приходом управляющего импульса 8нормально разомкнутый контакт 63 реле 64 замыкается и на вход запоминающего элемента 65 посту 291 Опает у(с;) с выхода подстраиваемой модели. Одновременно на выходе блока О получают новое начальное условие у(с )=у(е)+Ч( ) 36(с;). С приходом импульса Б полученное новое начальное условие у(с,) через ключ 14 зада" ется на интеграторах 16 и 17, При появлении импульса Б нулевая константа через ключ 12 подается на отдельные входы интеграторов 27-30 блока 5 и интеграторы 51 и 55 блока 4, С окончанием импульса Б нормально замкнутые контакты 18 и 19 реле 20, контакты 34,39,43 и 47 реле 35 и контакты 58 и 60 реле 59 замыкаются, в результате чего входы интеграторов подключаются и начинается процесс интегрирования до прихода следующих тактовых импульсов Б и БВ течение интервала е;+38,й;, 1 происходит интегрирование уравнений (3) и (5), Формирование алгебраической системы (7). На выходах интеграторов 16 и 17 подстраиваемой модели 3 реализуется решение системы (3), на выходах интеграторов 27-30 формирователя 5 - функции чувствительности, на выходе блока 51 - матрица алгебраичес" кой системы ф, а на выходе блока 55- вектор правых частей алгебраической системы (7). О вычислителе 9 реализуется (д 91 2=Ь 92, Полученная норма Ид 0 П 2 подается на пороговый блок 1 О. Если Ц ддМ 2 Е, то на выходе блока 10 появляется отрицательный импульс, ко" торый отключает генератор тактовых импульсов. В противном случае схема продолжает работать.Технические преимущества изобретения заключаются в том, что оно приме" нимо для идентификации параметров объектов как с полной, так и с неполной информацией о состоянии объекта в отличие от известной системы, для реали"зации алгоритма идентификации которой требуется измерение всего вектора состоянияФормула изобретения Система идентификации параметров линейных объектов, содержащая блок задания начальных условий, попарно- последовательно соединенные объект идентификации и блок датчиков состояния объекта, подстраиваемую модель и вычислитель параметров, блок вычис-. ления критерия идентификации и порого 1534429 12алый блок, о т л и ч а ю щ а я с я тем, что, с целью расширения функциоНальных возможностей за счет обеспечеНия, работоспособности системы идентиФикации объекта с неполной информаци 5 бй по вектору состояния, в него введены формирователь функции чувствительности, блок аналоговой памяти, лок постоянной памяти, синхронизатор 10четыре ключа, первый из которых инормационным входом подключен к первому выходу блока постоянной памяти,выходом подключен к второму входуВычислителя параметров.и первому вхо у формирователя Функции чувствительности, подключенного вторым входом, объединенным с первым входом блока задания начальных условий, к выходу подтраиваемой модели, а выходом - к треьему входу вычислителя параметров и торому входу блока задания начальныхсловий, второй ключ информационным ходом, объединенным с третьим входом лака задания начальных условий, под ключен к первому выходу вычислителя йарамегров, а выходом - к первому Входу блока аналоговой памяти, первым выходом подключенного к блоку вычис 1 ения критерия идентификации, третий Ключ подключен информационным входом М выходу блока задания начальных чс:. ловий, а выходом к управляющему входуподстраиваемой модели, подключеннойинформационным входом, объединенным счетвертым входом вычислителя параметров, к второму выходу блока аналоговойпамяти, четвертый ключ подключен инФормационным входом к второму выходувычислителя параметров, а выходом квторому входу блока аналоговой памяти,вычислитель параметровпятым входомподключен к выходу блока датчиков,шестым - к второму выходу блока постоянной памяти, пороговый блок выходом подключен к входу синхронизатора,подключенного, первым выходом к управ-.ляющим входам второго и четвертогоключей и входу синхронизации блоказадания начальных условий, вторымк управляющему входу третьего ключа,третьим - к управляющему входу первого ключа и четверть.м - к синхронизирующим входам вычислителя параметров, подстраиваемой модели, формирователя Функции чувствительности, третийвыход блока постоянной памяти соединенс вторым управляющим входом подстраиваемой модели и с третьим входом формирователя Функции чувствительности,подключенного четвертым входом к второму выходу блока аналоговой памяти.1534429 траш Корректор Т,Палий е то Тирам 647 ственного комитета 113035, Москва, пис тиям при ГКНТ СС о изо етениям и о шская наб но-издательский комбинатПатент", гужгород, ул.Гагарина, 101 оиззо Заказ 41 ВНИИПИ Гос 6 ос Тех Аддитель АЛащеЛ,Сердюкоав