Самоорганизующаяся система

(7) Заяв 4) САМООРГАНИЗУЦЩАЯСЯ СИСТЕМ июамооя р с перв и посл Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлению и может быть использовано для решения задач оптимального управления в само" обучающихся системах, в системах5 распознавания, в устройствах моделирования адаптивных биологических процессов.Известна самоорганизующаяся систе" ма, содержащая объект регулирования, чувствительные элементы, вычислительное устройство, корректирующие устройства и управляемые ключи Г 17Недостатками данной системы являются невысокое быстродействие и не" возможность реализации сложных вако" нов экстремального управления.Наиболее близким к изобретен техническим решением является с рганизующаяся система, содержаща е гулятор, сумматор, вход которого соединен с входом системы, а выходым входом объекта управления,едовательно соединенные устроиство формирования критерия, экстремальное устройство и устройство управления переключением Г 21.Недостатком известной системы является малое быстродействие из-за необходимости осуществления полного перебора возможных вариантов структуры системы с целью нахождения оп" тимального варианта, что при достаточно быстром изменении входного воздействия или возмущения сделает функ ционирование системы неэффективным, Кроме того, вследствие произвольного, выбора порядка перебора вариантов, происходит беспорядочная смена состояний системы.Недостатком известной системы является также то, что самоорганизацйя осуществляется только. за счет изменения внутренней структуры регулятора и не использована возможность изменения связей между регулятором, объектом управления и устройством формирования критерия, а также не3 938259 способность решения многокритериальных задач экстремального управления.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия системы.5Поставленная цель достигается тем, что в нее введены анализаторы критериев и коммутационная матрица, пер" вая группа входов которой подключена к выходам регулятора, вторая группа 1 О входов -. к соответствующим выходам объекта управления, управляющие входы - к соответствующим выходам устройства управления и к первым входам соответствующих анализаторов крите- и риев, вторые входы которых соеди" нены с выходом устройства Формирования критерия, а выходы - с соответ" ствующими входами второй группы устройства управления, причем первые щ выходы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам объекта управления, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами устройства формирования кри терия, второй вход которого подключен к выходу экстремального устройства, а второй выход коммутационной матрицы соединен с вторым. входом сумматора, причем третьи входы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам регулятора. Кроме того, устройство управления.содержит и блоков идентификации, первые входы которых подключены к соответствующим входам блока ранжировки и к входам устройства, вторые .группы входов - к выходам блока ранжировки и к выходам дешифратора, авыходы - к выходам устройства, .причем вторые группы выходов каждогопредыдущего блока идентификации соединены с соответствующими входамитретьйх групп последующего блокаидентификации,Причем устройство Формированиякритерия содержит оптимизатор, выходы которого через соответствующиевычислительные блоки подключены к0входам блока выделения максимальногозначения, а первый и второй входысоединены соответственно с первымвходом и выходом устройства, причемвторые выходы вычислительных блоковподключены к соответствующим входамМустройства, а выход блока выделениямаксимального значения - к выходуустройства,аПричем блок идентификации содержит элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом блока, и п логических блоков; первый вход каждого иэ которых подключен к первому входублока, вторые и третьи входы - к соответствующим входам второй группы, четвертые входы - к соответствующим входам третьей группы, первые выходы - к соответствующим входам элемента ИЛИ, а вторые выходы - к соответствующим выходам второй группы выходов блока, причем третий выход первого логического блока соединен с пятым входом второго логического блока, а третий и четвертый выходы логических блоков с второго по (и) через соответствующие четвертые элементы И подключены к пятым входам каждого последующего логического блока.Кроме того, логический блок содержит последовательно соединенные анализатор равенства критериев, первый элемент И и второй элемент И, выход которого подключен к первому выходу блока, первый вход через последовательно соединенные инвертор и третий элемент И - к второму выходу блока, а второй вход - к третьему входу блока, первый, второй, четвертый и пятый входы которого соединены соот" ветственно с первым входом анализатора равенства критериев, с вторым входом анализатора равенства критериев, с вторыми входами первого и третьего элементов И и с третьим входом первого элемента И, причем выход инвертора подключен к третьему выходу блока, а пятый вход блока соединенс четвертым выходом блока.На фиг. 1 изображена блок-схемасамоорганизующейся системы; на фиг.2"блок-схема устройства управления; на Фиг, 3 - блок-схема блока идентификации; на фиг. 4 - блок-схема устройства формирования,:критерия,Схема содержит сумматор 1, вход системы 2, объект 3 управления, регулятор 4, устройство 5 формирования критерия, экстремальное устройство 6, устройство 7 управления, анализаторы 8-8 критериев, коммутационную матрицу 9, входы 10-10 п устройства управления, выходы 11 -11 пустройства управления, дешифратор 12,блоки 13- 13, идентификации, блок 14ранжировки, элемент ИЛИ 15, анализаторы 16-16равенства критериев,5 9382 первые элементы И 17- 17, вторые элементы И 181-18 п, инверторы 191-19 п третьи элементы И 20-20 п,четвертые элементы И 211-21 п , логические блоки 22-22 п, блок 23 выделения мак симального значения, вычислительные блоки 241-24 и оптимизатор 25, гдеи - число вариантов соединения; 5 число частных критериев.функционирование системы осуществляется следующим образом.Пусть система находится в 1-м состоянии (1 4( и). Это значит, что на выходе 11 устройства 7 управле 3ния появился и поддерживается еди" ничный управляющий сигнал, под действием которого коммутационная матрица 9 осуществляет перекоммутацию соответствующих входов и выходов сумматора 1, объекта 3 управления, элементов регулятора 4 и устройства 5 формирования критерия, которое формирует значение критерия следующим образом. Используя информацию, поступающую с соответствующих выходов объекта 3 управления, в вычислительных блоках 24 вычисляется значение соответствующего частного критерия 5 , которое делится на соответствующее оптимальное значение крите- зо рия 5 , , поступающее на первый входвычислительного блока 24 с соответствующего выхода оптимизатора 25. На выходе блоков 24 появляется величина35опт 1Устройство 23 выделения максимального значения осуществляет выбор наибольшей из этих величин, которая и выдается на выход устройства 5 формирования критерия в качестве значения критерия. Это значение поступает на вход экстремального устройства 6 и первые входы анализаторов 8 1,8, ,8 п критериев, Под воздействйем управляющего сигнала с выхода 11 это значение критерия записывается в анализатор 8 критериев, выра 3батывающий и запоминающий значение оценочной меры близости-го варианта соединения к оптимальному варианту соединения. Содержимое анализаторов 8 поступает на соответствующие входы 10,1-10, устройства 7 управле 55 ния, которое осуществляет переупорядочение варианта соединения в соответствии с полученной для каждого варианта оценочной мерой близости,59 6Это упорядочение осуществляется следующим образом,Значения мер близости через входы 101-10 поступают на первые входысоответствующих блоков 13-13 п иден- тификации и соответствующие входы блока 14 ранжировки, которые осуществляют упорядочение величин мерблизости так, что эти величинц на выходах блока ранжировки образуют монотонную последовательность при последовательном изменении номеров с соответствующих выходов (располагаются в порядке возрастания или убывания),Упорядоченные значения мер близости с выходов блока 14 ранжировки поступАют на соответствующие входы второй группы входов блоков индентификации 131-13 , которые устанавливают взаимно-однозначное соответствие между величинами мер близости на входах и выходах блока 14 ранжировки, тем самым устанавливая оценочный порядок смены состояний.Для этого, например, в блоке 131 идентификации (1К ( и) значение мерыблизости с выхода анализатора 8 к срав" нивается попарно с значениями мерблизости на каждом из выходов блока14 ранжировки.Установление единственного равенства в данном блоке означает установление взаимно-однозначного соответствия. Если такое равенство в данном блоке не единственное (что может произойти из-за возможного равенства значений мер близости в разных состояниях), фиксируется одно из этихравенств и за счет выработки соответствующего сигнала подавляютсясигналы, соответствующие другим равенствам в этом блоке. Кроме этого, за счет поступления сигнала с соответствующего выхода второй группы выходов блока 13 х идентификации (14 х ( и) в последующие блоки идентификации через соответствующий вход третьей группы входов бло" ка 13 х+1, в этих блоках идентификации подавляются сигналы равенства, вызванные значением меры близости с уже идентифицированного в данном блоке идентификации выхода блока 14 ранжировки.Число этих входов и выходов равно возможному числу равенства, т.е. рав" но и.7 93825При этом на выходе первого элемента И 175 блока 13 х появится сигнал в соответствии с следующим выражениемц;- апач в,в) 0,Д Оф, где Ь - величина меры близости на х-м входе 10устройства ранжировки;Я - величина меры блиЪзости на у-м выходеблока ранжировки;Е1, если Бх = Ь0, если 5 Ф 5,- значение сигнала навыходе анализатораравенства критериев16 блока 13 к,М - значение сигнала навыходе первого элемента 17 блока 25идентификации 13 х 101 - значение сигналана выходе первогоэлемента И 17 блока 13;- значейие сигнала .навыходе инвертора19 блока 13 х,О; - значение сигнала навыходе инвертора19 блока 13,35010 8 О - значение сигнала навыходе четвертогоэлемента И 21 блока 13 х,400".1 уч 0 л 4 О ,-значение сигнала навыходе третьегоэлемента И 18 блока 13 х 145Данное соотношение показывает,что для каждого значения х существует единственное значение , такое,что Ох= 1 и наоборот, для каждого значениянайдется единственное50значение х такое, что О х= 1, т,е.между х иустанавливается взаимнооднозначное соответствие, Одновременно значение критерия, поступающего с выхода устройства 5 формирования критерия поступает в экстремаль 55ное устройство 6, где сравниваетсяс предыдущим значением и, в зависимости от результата, вырабатывается 8величина управляющего воздействия, которое поступает на вход 100 устройства 7 управления и на вход дешифратора 12.На соответствующем а-м (1 (е и) выходе появляется сигнал, который поступает ма а-е входы первых группвходов блоков 13 идентификации. Этот сигнал вызовет появление сигнала управления на выходе 11 того из блоков 13, в котором установлено соответствие с сигналом е-го выхода бло"ка 14 ранжировки. Таким образом,система переходит в новое состояние.При достижении системой оптимального состояния, значение регулирующего воздействия с выхода экстремального устройства 6 поступает напервые входы устройства 5 формирования критерия и оптимизатора 25, в результате чего вырабатываются новые оптимальные значения частныхкритериев, достижение которых должнобыть обеспечено за счет самоорганизации, Эти значения вырабатываютсявоздействием анализа значения критерия в достигнутом состоянии, поступающего на второй вход оптимизатора 25 с выхода блока 23 выделения максимального значения. Увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей известного устройства за счет возможности самообучения и способности удовлетворять совокупности частных критериев расширяет область его применения. Например, система можетфункционировать в условиях быстрогоизменения возмущающего воздействия,когда нельзя замерить несколько значений показателя качества при одйоми том же значении возмущеющего воздействия. Для этого необходимо, чтобы анализатор критериев мог и вычислять статистические характеристикислучайного процесса, например математические ожидания значений критериев в соответствующих состояниях.В случае отсутствия случайных помех Функции анализатора критериев могут быть сведены лишь к записи и хранению соответствующих значений критерия. Система может быть использована в задачах оптимального проектирования, которые всегда являются многокритериальными.Таким образом, применение предлагаемой системы "позволит получить оп938259 формула изобретения 1. Самоорганизующаяся система, содержащая регулятор, сумматор, вход которого соединен с входом системы, ,а выход - с первым входом объекта уп- о равления, и последовательно соединенные устройство формирования критерия, экстремальное устройство и устройст-, во управления, о т л и ч а ю щ а яс я тем; что, с целью расширения 5 функциональных возможностей и повышения быстродействия системы, в нее введены анализаторы критериев и коммутационная матрица, первая группавходов которой подключена к выходам 2 О регулятора, вторая группа. входов - к соответствующим выходам объекта управления, управляющие входы - к соответствующим выходам устройства управления и первым входам соответст вующих анализаторов критериев, вторые входы которых соединены с выходом устройства формирования критерия, а выходы - с соответствующими входами второй группы устройства управ- зо ления, причем первые выходы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам объекта управления, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами устройства формирования критерия, второй вход которого подключен к выходу экстремального устройства, а второй выход коммутационной матрицы соедине с вторым входом сумматора, причем третьи выходы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам регулятора.5. Система по и, 4, о т л и ч а ющ а я с я тем, что логический блок содержит последовательно соединенные анализатор равенства критериев, первый элемент И и второй элемент И, выход которого подключен к первому выходу блока, первый вход через последовательно соединенные инвертор и третий элемент И - к второму выходу блока, а второй вход - к третьему входу блока, первый, второй, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым входом анализатора равенства критериев, с вторым входом анали атора равенства критериев, с вторыми входами первого и третьего элементов И и с третьим входом первого элемента И, причем выход инвертора подключен к третьему выходу блока, а пятый вход блока соединен с четвертым выходом блока. ределенный технико-экономическийэффект. 2, Система по и, 1, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что устройство управления содержит и блоков идентификации, первые входы которых подключены к соответствующим входам блока ранжировки и к входам устройст- .50 ва, вторые группы входов - к входам блока ранжировки и к выходам дешифю ратора, а выходы - к выходам устройства, причем вторые группы выходов каждого предыдущего блока идентификации соединены с соответствующими входами третьих групп последующего блока идентификации.й 103, Система по и. 1, о т л ич а ю щ а я с я тем, что устройство формирования критерия содержит оптимизатор, выходы которого через соответствующие вычислительные блоки подключены к входам блока выделения максимального значения, а первый и второй входы соединены соответст" венно с первым входом и выходом устройства, причем вторые входы вычислительных блоков подключены к соответствующим входам устройства,.а выход блока выделения максимального значения - к выходу устройства. Система по и. 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок идентификации содержит элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом блока, и и логических блоков, первыйвход -каждого из которых подключен кпервому входу блока, вторые и третьивходы - к соответствующим входам второй группы, четвертые входы - к соответствующим входам третьей группы,первые выходы - к соответствующимвходам элемента ИЛИ, а вторые выходы - к соответствующим выходам второй группы выходов блока, причемтретий выход первого логического блока соединен с пятым входом второгологического блока, а третий и четвертый выходы логических блоков свторого по (и) через соответствующие четвертые элементы И подключенык пятым входам каждого последующегологического блока,11 938259 Источники информации,принятые во внимание при экспертизе 1,Юревич Е.И,Теория автоматического регулирования.Л.,нЭнергия",1975,с.247..938259 Фиг.г Составитель С. ДунаеТехред Д. Пекарь А. Шандор едак Подписноеного комитета СССРний и открытийРаушская наб., д.шжшжаешшеВ жеаеа аеПатент", город, ул. Проектная,Филиал аказ 4464/72 Тираж 9 ВНИИПИ Гос по делам 13035, Моск