Система автоматической оптимизации

 

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ ОПТИШЗАЦИИ, содержащая последовательно соединенные регулятор и объект управления, подключенный выходом к первому входу первого блока памяти, подключенного выходами к первым входам анализатора выхода объекта , вьтход которого подключен к второму входу первого блока памяти и к первому входу анализатора входа объекта, выход которого подключен к первому входу второго блока памяти выходы последнего подключены КВТОрЕ1М входам анализатора входа объекта, второй вход второго блока памяти соединен с выходом сумматора и пepвы входом командного блока, а третий ;вход - с выходом блока планирования эксперимента и вторым входом командного блока, первый выход которого подключен к входу регулятора, .а второй выход - к второму входу анализатора выхода объекта, отличающаяся тем, что, с целью повышения точности оптимизации, в нее введены счетчик итераций, блок управления шагом поиска, первый блок умножения и второй блок умножения, при этом вход счетчика итераций подключен к второму выходу командного блока, а его выход - к входу блока управления шагом поиска, первый выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, соединенного вторым входом с анализатора входа объекта, а выходом - с первым входом сумматора, вторые входы которого подключены к выходам второго блока умножения, первый вход которого подключен к второму выходу блока управления щагом поиска, а Ювторые входы - к выходам второго U1 блока памяти. 9 D О

СОЮЗ COBETCHHX

Х Н МЯЮ

РЕСПУБЛИК

09) 01) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТ

Н АВТОРСНОМЫ СИВДИТВ/ЬС3 ВУ

ГОСУДАРСТ8ЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

flO ДЕЛАМ ИЗОБРЕ ГЕНИЙ И M8PblTMA (21) 3620710/24-24 (22) 11.07.83 (46) 23.11.84. Бюл. У 43 (72) А.А. Бобух, Е.В. Бодянский, И.Д. Зайцев, О.К. Илюнин,.З.Г. Камалиев и Г.А. Трутнев (53) 62-50(088,8) (56), 1. Авторское свидетельство СССР

Ф 451056, кл. С 05 В 13/00, 1974. 2. Авторское свидетельство СССР

Ф 951237, кл. G 05 В 13/00, 1982

{прототип).

{54)(57) СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОЙ

ОПТИМИЗАЦИИ, содержащая последовательно соединенные регулятор и объект управления, подключенный выходом к первому входу первого блока памяти, подключенного выходами к первым входам анализатора выхода объекта, выход которого подключен к второму входу первого блока памяти и к первому входу анализатора входа объекта, выход которого подключен к i первому входу второго блока памяти, выходы последнего подключенык вторим входам анализатора входа объекта, второй вход второго блока памяти соединен с выходом сумматора и первый входом командного блока, а третий вход — с выходом блока планирования» эксперимента и вторым входом командного блока, первый выход которого подключен к входу регулятора, .а второй выход — к второму входу анализатора выхода объекта, о т л и ч а ющ а я с я тем, что, с целью повышения точности. оптимизации, в нее введены счетчик итераций, блок управления шагом поиска, первый блок умножения и второй блок умножения, при этом вход счетчика итераций подключен к второму выходу командного блока, а его выход - к входу блока управления Я шагом поиска, первый выход которого подключен к первому входу первого блока умножения, соединенного вторым входом с выйодом анализатора входа объекта, а выходом — с первым д входом сумматора, вторые входы которого подключены к выходам второго блока умножения, первый вход которого подключен к второму выходу блока управления шагом поиска, а вторые входы — к выходам второго блока памяти.

Ф 1

Изобретение относится к технической кибернетике и предназначено для автоматического отыскания оптиI иальных режимов работы многомерных стохастических объектов управления.

Известна система автоматической оптимизации, содержащая объект управления, командный блок, датчики входных и выходных переменных объекта управления, соединенные блоком памяти, выходы которого подключены к блоку идентификации, связанному через блок оптимизации " регулятором входных переменных, а также соединенный с датчиком входных переменных анализатор входя объекта, подключенные к нему последовательно соединенные блок планирования эксперииента и блок уменьшения шага планирования, подключенный к регулятору входных переменных, и соединенный с выходом блока идентификации блок контроля идентификации, подключенный к входам блока оптимизации, блок планирования эксперимента и командного блока, выход которого связан с входом блока планирования эксперимента, а .второй вход — с анализатором выхода объекта {1j .

Недостатком данной системы является недостаточно высокая точность, Ф объясняющаяся теи, что оптимизация производится не путем непосредственного эксперикентированкя, а путем последовательного решения трех задач. накопления информации, построения математической модели объекта управления и собственно. оптимизации,в результате чего происходит накопление ошибок, возникающих на различных этапах.

Наиболее близкой к изобретению является система автоматической оптимизацки, содержащая анализатор выхода объекта, первый блок памяти и последовательно соединенные блок планирования эксперимента, командный блок, регулятор, объект управления и второй блок памяти, а также последовательно соединенные анализатор входа объекта и сумматор, выход которого соединен с первым входом первого блока памяти и с вторым входом командного блока, вторыми входы — с соответствующими выходами первого блока памяти и соответствующими первыми входами анализатора входа объекта, второй вкод кото125602 2

S l0 !

20

36

5S рого соединен с вторым входом второго блока памяти и с выходом аналкзатора выхода объекта, а выход— с вторим входом первого блока памяти, третий вход которого соединен с выходом блока планирования эксперимента, выходы второго блока памяти соединены с соответствующими первыми входаии анализатора выходя объекта, второй вход которого соединен с вторым выходом командного блока (2) .

Недостатком известкой системы является недостаточно высокая точность отыскивания экстремума, объясняющаяся теи, что система, реализуя стандартный последовательный симплекс-метод, отыскивает не саму точку экстремума, а некоторую ее окрестность, в которой затем начинается блуждание сииплекса.

Целью изобретения является повышение точности оптимизации.

Поставленная цель достигается тем, что в систему, содержащую последовательно соединенные регулятор и объект управления, подключенный выходом к первому входу первого блока памяти, подключенного выходом к первым входаи анализатора выхода объекта, выход которого подключен к второму входу первого блока памяти и к первому входу анализатора входа объекта, выход которого подключен к первому входу второго блока памяти, выходы последнего подключены к вторь1и входам анализатора входа объекта, второй вход второго блока памяти соединен с выходом сумматора и первым входом командного блока, а третий вход — с выходом блока планирования эксперимента к вторым входои командного блока, первый. выход которого подключен к входу регулятора, а второй выход — к второму входу анализатора выхода объекта, введены счетчик итераций, блок управления шагом поиска, первый блок умножения и второй блок умножения, при этом вход счетчика итераций подключен к второму выходу командного блока, а его выход — к входу блока управления шагом поиска, первый выход которого подключен к первому .входу первого блока умножения, соединенного вторым входом с выходом анализатора входа объекта, а выходом — с первым входом сумма125602 4

L)n) — -!

4 с и где h — номер итерации;

Ь и с — произвольные положительные константы, 40 то процесс оптимизации происходит по типу стохастической аппроксимации, т.е. обеспечивается сходимость с ве-, роятностью (1) в условиях помех, Благодаря использованию модифици- 45 рованного последовательного симплексметода, являющегося алгоритмом адаптационной оптимизации промышленных технологических объектов, предлагаемая система не производит оптимиза- 50 цию непосредственно на объекте, что исключает возникновение погрешностей, связанных с процессом идентификации.

Кроме того, предлагаемая система, осуществляя поиск по типу сто- 55 хастической аппроксимации, позволяет с более высокой точностью локализовать экстремум в обстановке помех.

3 1 тора, вторые входы которого подклю-:, чены к -выходам второго блока умножения, первый вход которого подключен к второму выходу блока управления шагом поиска, а вторые входык выходам второго блока памяти.

Такта образом, предлагаемая система реализует модифицированный последовательный симплекс-метод отыскивания экстремума статистнчес« кой характеристики объекта управления.

1-," „„=-l,)(+ — Е. X„ л где Х„- наихудшая (отражаемая) вершина симплекса;

Х„„ — отраженная вершина симплекса;

Х.,i=f,k- множество вершин симiФ Ъ плекса за исключением наихудшей;

k — размерность факторного нространтсва;

L - программно изменяемый (в зависимости от номера итерации) параметр, определяющий характер деформации снмплекса в процессе но= иска.

Если параметр в процессе поиска изменяется по правилу

На чертеже представлена блок-схема предлагаемой системы автоматической оптимизации.

Предлагаемая система содержит регулятор 1, объект 2 управления, первый блок 3 памяти, анализатор 4 выхода объекта, ачалиэатор 5 входа объекта, второй блок 6 памяти, сумматор 7, командный блок 8, блок 9 планирования эксперимента, счетчик

10 итераций, блок 11 управления шагом поиска, первый блок 12 умножения и второй блок 13 умножения.

Система автоматической оптимизации работает следующим образом.

В исходном состоянии в ячейках первого и второго блоков 3 и 6 памяти записываются нули, на первом 4 и втором входах командного блока 8 также нули, в блок 11 управления шаroM поиска вводятся значения констант

Ь и с. Для пуска устройства, т.е. для формирования исходного симплекса, служит блок 9 планирования экс-. перимента, который представляет собой генератор двоичных импульсов, описывающих по заданной программе исходный симплекс. Например, при числе факторов равном 3 необходимо ,сгенерировать последовательность импульсов вида -1,-1,+1,+1,-1,-1, +1, -1, + f, -1, +1. Данная последов ательность набивается на перфоленте и счйтывается до запуска устройства с помощью фотодиодного считывающего устройства ФСУ-1 или любого перфоленточного устройства. Таким образом, в момент пуска блок 9 планирования эксперимента начинает формировать входные воздействия Х согласно матрице насыщенного .плана. эксперимента (симплекс-план), которые по третьему входу / записываются во второй блок 6 памяти, а также подаются на вход М командного блока 8, являющегося по сути коммутатором, включающим входы Ж и на первый выход Ф .

Через регулятор 1 входных переменных сигнал Х, преобразованный в физические воздействия, подается на объект 2 управления. Соответствующие отклики объекта Ч; по первому входу К записываются в ячейки первого блока 3 памяти. После формирования (к+1)-го воздействия блок 9 планирования эксперимента отключается, при этом командный блок 8 от1125602

LE13 = — — --1, 2

Ъ+с 1

{3) которое с первого выхода а подается 4 на первый вход с6 первого блока 12 умножения. На втором выходе b блока 11 управления шагом поиска появляется значение 1-L t1j . В первом блоке 12 умножения осуществляется операция .умножения, в:результате которой на выходе появляется значение L (1J Х, а во втором блоке 13 умножения значения факторов Х; умножаются на множитель 1- (1), в результате чего получаем набор значений (1-L 313)X;, где 1 0 1,..., к. клвчается по входу К и открывается по входу /3, в ячейках второго 6 и первого 3 блоков памяти записываются соответствующие значения откликов и факторов. Это состояние явля- 5 ется исходным для осуществления собственно процесса оптимизации, который начинается B момент подачи команды с второго выхода b командного блока 8 на вход счетчика 10 итераций и второй вход Р анализатора 4 выхода объекта, который служит для выбора минимального (нли максимального) значения отклика, хранящегося в нервом блоке 3 памяти. Данная опе- З рация реализуется с помощью операции сортировки, которая реализуется с помощью схем сортировки, представляющих собой простейшие компаратор-. ные модули, которые являются стан- 20 дартными модулами микросхем. По команде блока 8 включается счетчик 10 итераций, который подает в блок 11 управления шагом поиска значение tt 1 и анализатор 4 выхода объекта, который, осуществляя сравнение записанных в ячейках первого блока 3 памяти значений откликов 1 ;, выделяет наихудший из откликов ц. Выделенное значение Ц подается на вход ЗО первого блока 3 памяти, где стирается в соответствующей ячейке, а также на вход Р анализатора 5 входа объекта. По этому сигналу анализатор 5 входа объекта выделяет вектор факторов Х, соответствующий отклику ), и подает его на вход второго блока 6 памяти, где соответствующая ячейка зануляется. Блок 11 управления maroM поиска вычисляет 4в. значение

Полученные произведения поступают на сумматор 7, который выполняет стандартную операцию суммирования сигналов 4() Хо, поступающего с

1- И блока 12 и — — Х поступающего

Ф

1 с блока 13, т.е.

L5) х - (Я х+ и реализуется на стандартной БИС.

Вычисленное значение Х„„ с выхода сумматора 7 подается на вход М второго блока 6 памяти, где записывается в свободную ячейку. Этот же сигнал подается через вход /3 командного блока 8 на регулятор 1, который подает соответствующее воздействие на вход объекта 2 управления.

Соответствующая реакция записывается в свободную ячейку первого блока 3 памяти, На этом первая итерация заканчивается.

Вторая итерация осуществляется аналогично первой и начинается с подачи командного импульса с второго выхода Ь командного блока 9 на счетчик 10 итераций и вход Р анализатора 4 выхода объекта. По этой команде блок 11 управления шагом поиска вычисляет значения а (2g и

1-Lj2) и подает их на соответствующие блоки 12 н 13 умножения. Анализатор 4 выхода объекта выделяет очередное наихудшее значение отклика-> которое затем затирается s первом блоке 3 памяти и подается иа анализатор 5 входа объекта, который выделяет соответствующий этому отклику вектор факторов Х . Это значение стирается в соответствующей ячейке второго блока 6 памяти, после чего все значения Х подаются на входы второго блока 13 умножения. Блоки

12 и 13 умножения вычисляют L (2)ХО и 1- (2)X; которые подаются на сумматор 7. Сумматор 7 вычисляет очередное значение которое записывается в свободную ячейку второго блока 6 памяти и через командный блок 8 и регулятор 1 подается на объект .2 управления.

Последующие итерации осуществляются аналогично предыдущим.

Правило останова реализуется с помощью счетчика 10 итераций и блока 1 1 управления шагом поиска, где после итерации с достаточно большим номером могут быть изменены значения констант b и с, т.е. процесс продолжается с новыми параметрами.

Таким образом в процессе работы . системы осуществляется отражение симплекса и происходит последовательное улучшение откликов объекта.

По мере движения к экстремуму происходит уменьшение размеров симплекса по правилам стохастической аппроксимации, что позволяет точно локализовать экстремум в условиях помех.

Предлагаемая система может быть выполнена на унифицированных элементах и обладает конструктивной простотой, что объясняется тем, что в процессе поиска в нем осуществляются простейшие операции типа сложения, умножения, сравнения, записи

25602 8 числа в ячейку и его стирание. По сравнению с известными системамипредлагаемая обладает конструктивной простотой, повышенной точностью и помехоустойчивостью. Обеспечивая более точное отыскивание оптимальных режимов технологических процессов система позволяет сократить расход реагентов и повысить выход

tp готовой продукции, что ведет к повышению эффективности производства в целом.

По сравнению с известной предлагаемая система автоматической оптимизации применительно к производству кальцинированной соды аммиачным методом позволит уменьшить расходы на

1 т соды: очищенного рассола на

0,002 м, извести на 0,02 кг, пара на 0,003 Гкал, электроэнергии на

0,04 кВт ч и других реагентов, что приводит к снижению себестоимости продукции на 0,005 руб./т соды.

ВНЦИПИ Заказ 8539/36 ираж 841 Подписное

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул.Проектная,4