Система идентификации параметров объекта

 

СИСТЕМА ВДБ№Ш 1«КАЩМ ПАРАМЕТРОВ , содержащая модель .ндентифика11

СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН

{19) {) 1) 4{5)) { 05 В 13/02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ НОМИТЕТ СССР

AO ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ н автаеснави свидатвльатвм (21) 3676767/24-24 (22) 21. 12.83 (46) 15.05.85. Бюл. Р 18 .(72) О.С. Попов, Н.А. Балонин, E.ß. Сироткин, И.А. Андреев и А.P. Усов (71) Ленинградский институт авиационного приборостроения

:(53) 62-50(088.8) (56) 1. Авторское свидетельство CCCP

)) 429415, кл. С 05.В 17/02, 1974.

2. Авторское свидетельство СССР В 949635, кл. 6 Î5 В 13/02, 1982 (прототип). (54) (57) CHCTKNA ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ ОВЪККХА» еоде икащля модель объекта-, идентификации, блок сравнения, блок иамяти,: блок запрета, пер" вый н второй блоки реализации алгорнтмов идентификации, коммутатор, первый вход модели объекта иднетификации соединен е входом объекта идентификации, а ее выход и выход объекта иденти4»икации, соединены е верным и вторым входами блока сравнения, вход и в)мод объекта идентификации соединены с первым и вторым входами блока запрета, выход которого через первый блок реализации алгоритмов идентификации соединен с первым входом коммутатора, выход второго блока реализации алгоритмов идентификации соединен с вторым входом коммутатора, а выход блока сравнения соединен с управляющими входами коммутатора и блока запрета, о тл и ч а )О щ а я с я. тем, что, с целью иовывения быстродействия, oha содервит реле времени, выход коммутатора через блок памяти соединен с вторьв» входом модели объекта идентификации и входом реле времени, подкюноченным выводом к второму входу второго блока реализации алгоритмов идентификации, первый вход которого соединен с выходом блока запрета, а выход нодкмочен к второму входу первого блока реализации алгоритмов идентификации, выход блока сравнения соединен с управляхщввч входом реле времени, а выход объекта идеитификации соединен с третьии входои модели объекта идентификации.

1156001

Изобретение относится к системам автоматического управления, а именно к адаптивным системам управления.

Известны системы идентификации параметров объекта, в которых под- 5 страивается под объект его динамическая модель с целью минимизации сигнала, характеризующего степень несовпадения выходных переменных модели и объекта, в частности систе- 16 ма идентификации параметров объекта, содержащая блок реализации алгоритмов идентификации и последовательно соединенные блок управления, модель объекта, модель блока датчиков состояния объекта и блок сравнения, выходы которого соединены с вторымн входами модели объекта и первыми входами блока реализации алгоритмов идентификаций, выходы блока управле- g6 ния соединены с входами объекта, выходы которого соединены через блок датчиков состояния объекта с вторыми входами блока сравнения, выходы модели объекта через блок реализации ал- gg горитмов идентификации соединены с третьими входами модели объекта, выходы которой соединены с вторыми входами блока реализации алгоритмов идентификации flj .

36

Недостаток таких систем — ограниченные функциональные возможности, .обусловленные тем, что они не могут удовлетворительно решать задачи параметрической идентификации, которые часто встречаются нри построении

33 адаптивных систем управления. Особенность таких задач состоит в том, что из-за недостатка информации об идентифицируемом объекте существуе

46 не одна, а множество оценок параметров модели, позволяющих минимизировать сигнал невяэки реакций модели и объекта.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является сис- 4З тема, содержащая модель, блок сравнения, первый и второй блоки реализа ции алгоритмом идентификации E2) .

Недостатком известной системы является малое быстродействие, обус- 16 ,ловленное тем, что оценки параметров,. полученные ранее системой, не используются при выработке новых оценок параметров в канале долговременной идентификации;,оценки параметров, Я полученные в канале долговременной идентификации, не используются при выработке новых оценок параметров в канале оперативной идентификации; при вычислении выходных переменных. в модели приходится интегрировать уравнения, описывающие динамику объекта идентификации.

Цель изобретения - повышение быстродействия системы идентификации параметров объекта.

Укаэанная цель достигается тем, что в систему идентификации параметров объекта, содержащую модель объекта идентификации, блок сравнения, блок памяти, блок запрета, первый и второй блоки реализации алгоритмов идентификации, коммутатор, первый вход модели объекта идентификации соединен с входом объекта идентифнка1 ции, а ее выход и выход объекта идентификацни соединены с первым и вторым входами блока сравнения, вход и выход объекта идентификации соединены с первым н вторым входами блока запрета, выход которого через.первый блок реализации алгоритмов идентификации соединен с первым входом коммутатора, выход второго блока реализации алго" ритмов идентификации соединен с вторым входом коммутатора, а выход блока сравнения соединен с управляющими входами коммутатора и блока запрета, введено реле времени, выход коммутатора через блок памяти соединен с вто-, рым входом модели объекта идентификации и входом реле времени, подключенным выходом к второму входу второго блока реализации алгоритмов идентификации, первый вход которого соединен с выходом блока запрета, а вв ход подключен к второму входу первого блока реализации алгоритмов идентификации, выход блока сравнения соединен с управляющим входом реле времени, а выход объекта идентификации соедннен с третьим входом модели объекта идентификации.

Влагодаря указанному выполнению системы создается обратная связь, проходящая через коммутатор, блок па- мяти, реле времени с выхода на вход второго. блока реализации алгоритмов идентификации, с помощью которой полученные ранее в системе оценкщ вар метров используются для получения новых оценок; образуется перекрестная связь с выхода второго блока реализации алгоритмов ндентификации на вход пврвого блока реализации алгоритмов идентификации, которая обеспечивает

1156 х + а„х + а х bu, 5S передачу оценок параметров из канала долговременной идентификации в канал оперативной идентификации; вводится связь между выходом объекта идентификации и третьим входом модели,. которая позволяет вычислять оценки фазовых скоростей объекта в зависимости от его текущего состояния без интегрирования уравнений движения.

16

Совокупность указанных признаков приводит к повышению быстродействия, системы идентификации беэ ущерба для ее функциональных возможностей.

На фиг. 1 приведена функциональная 15 схема предлагаемой системы; на фиг.2пример реализации системы идентификации параметров на случай объекта, описываемого дифференциальным уравнением второго порядка: 20 где u — - управляющее воздействие; х,х,х — компоненты выхода объекта у. э5

Система содержит объект идентификации 1, модель 2 объекта идентифика ции, блок сравнения 3, блок запрета

4, первый блок реализации алгоритмов идентификации 5, второй блок реализации алгоритмов идентификации 6, коммутатор 7, блок памяти 8, реле времени 9, электронные умножителн 10 аналоговых сигналов, трехвходовый сумматор 11, двухвходовый вычитатель

12, прецизионный выпрямитель 13, пер-З5 вые электронные ключи 14, компараторы

15, микро-ЭВМ 16, цифроаналоговые преобразователи 17,. аналого-цифровые преобразователи 18, буферный регистр

19, двухпозиционные электронные клю" чи 20, электронные устройства выборки и запоминания 21, ждущий мультивнбратор 22, вторые электронные ключи 23.

На фигурах также обозначено: иуправляющее воздействие; у - реакция объекта идентификации; у — реакция его модели; х,х х - компоненты реакции объекта у; х — компонента реакции модели у; (- невязка выходных сигналов объекта 1 и.модели 2.

Реализация предлагаемой системы не вызывает принципиальных затруднений и может быть осуществлена на серийно выпускаемых устройствах.

Модель 2 объекта идентификации может быть реализована на аналоговых умножителях и сумматорах. Трех001 .4 входовый сумматор 11 выполняется на базе операционного усилителя.

Блок запрета 4 состоит из электронных ключей 14 и компаратора 15.

Электронные ключи 14, а также реле времени 9 реализуются одинаково по схеме последовательного ключа на полевом транзисторе КП 201Л. Компаратор 15 может быть выполнен на базе интегрального компаратора 521СА2.

Первый 5 и второй 6 блоки реализации алгоритмов идентификации реализуются на базе, отечественных микро-.

ЭВМ "Электроника-60",. Исходные данные о состоянии объекта идентифика-. ции 1 через блок запрета 4 поступают на вход аналого-цифровых преобразо вателей 18 ° а информация о выработанных ранее .оценках параметров

Ф„ а, а через электронные ключи реле времени 9 - на входы аналого-цифровых преобразователей 18з я, где они преобразуются в цифровой код и вводятся в микро«ЭВМ в режиме прямого доступа в память. Передача- оценок параметров нэ блока 6 s блок 5 канала оперативной. идентификации ведется побайтно через буферный регистр 19 ° который реализуется на ИС Е589ИР12 и подключается между выходом микроЭВМ 16 и входом микро-ЭВМ 16 . Буферный регистр (К589ИР12) имеет в своем составе все необходимые устройства для подключения внещней микро"ЭВМ к единой магистрали данных. л, Л

Новые оценки параметров а,а,о, вырабатываемые микро-ЭВМ 16, и 16, преобразуются иэ цифровой формы в аналоговую при помощи цифроаналоговых преобразователей 17.

Алгоритмы параметрической идентификации на основе метода наименьицас квадратов, дающего систему линейных алгебраических уравнений относительно оцениваемым параметров, в общей виде приведены в (3), а методы рещения линейных уравнений, в том числе и вырожденных, изложены а (4). Расчетные . формулы, к которым сводятся эти методы при реализации их на микро-ЭВМ, приведены далее.

Блок памяти 8 состоит из электрон- ных устройств выборки и запомннани» .аналоговых сигналов 21, которые могут быть выполнены на базе операционных усилителей, например И4ОУД7 °

Система работает слвдуюираа образом. 1156001

u"-e,xÄ+ех

И6-С, lf + min (6) (2) 36

i Ах + Bu, о щ в (3) 0 f а, а2 (4) СР *К

Процесс оценивания параметров в системе идентификации разделен по двум каналам: оперативному и долговременному. Оперативный канал (блок 5) используется для оценки параметров 5 по текущей выборке исходных данных, долговременный канал (блок б) уточняет оценку на основании вновь поступающих данных и данных, накопленных ранее.

В каждом канале могут использовать-1б ся различные алгоритмы параметричес" кой идентификации (поисковые и беспоисковые).

Рассмотрим работу системы в случае, когда оба канала реализуют метод наи- 15 меньших квадратов. Структура объекта предполагается заданной, например, в ниде где геК вЂ” вектор. фазовых координат;

tl

ucR - вектор управления;

А,  — подлежащие определению матрицы искомых коэффициентов.

Например, для объекта идентификации (1) матрицы А и В имеют вид

4 причем х (х,,х,), х, х, х х.

Согласно методу оценки параметров в виде расширенной матрицы параметров О (А;В) являются решением системы линейных алгебраических уравнений где Р и R " матрицы, вычисленные на . основании результатов измерений на входе и выходе системы: 43

p=» ) q ° р-gz, т, )=1 где 11 = (!) =(Е;) 1-)j ) ) 2;-Е(11) = 1 5

Поскольку в рассматриваемом примере часть параметров матриц А и В известна, можно считать

Вне зависимости от способа получения оценок параметров и объема вы,борки задача идентификации имеет не-, единственное решение, если переходные процессы на входе-выходе объекта недостаточно информативны (в этом случае матрица P получается вырожденной).

Для объекта идентификации 1 это справедливо, если объект, замкнут линейными обратили связями по состоянию

Общее решение системы линейных алгебраических уравнений (4) можно получить из постановки дополнительной экстремальной задачи: ча уравнениях связи (4). Как извест- но иэ (4), оно имеет вид

RP+ Cà(Å- РР) ° (7) где "+" - символ псевдообращения;

Š— единичная матрица;

С вЂ” матрица притяжения.

В качестве матрицы притяжения С„ используют априорны" оценки параметров, полученные на предыдущих этапах идентификации. Если такая информация отсутствует, то матрица выбирается произвольно, в частности нулевой, что и имеет место в системе-прототипе.

Если матрица P невырождена, то

Р Р") и задача идентификации будет

Ф иметь единственное решение:

С-RP а если матрица Р не содержит информации об объекте Р О., то Р 0 и оценка параметров будет равна матрице притяжения, что следует из формулы (7).

Формулы (3) и (7) являются основой для алгоритмического обеспечения микро-ЭВИ 16, 16 . Алгоритм псевдообращения матрицы Р любого порядка изложен в (4).

В предлагаемой системе матрица притяжения поступает на вход блока

16 канала оперативной идентификации по,перекрестной связи через бу ферный регистр 19 с выхода блока 16я канала долговременной идентификации.

Для последнего канала априорная информация (матрица притяжения) поступает с выхода аналогового блока памя1! 56001 8 ти 8 через электронные ключи 23,, 23<, 23 . реле времени 9. Перед началом работы содержимое блока памяти

8 неопределенно, поэтому исходная матрица притяжения либо полагается произвольной, либо вносится пользователем в микро-ЭВМ 16 на основании предварительного теоретического исследования. объекта.

По перекрестной связи эта оценка 1б поступает в микро-ЭВМ 16<, посредством блоков 17, преобразуется в форму аналоговых сигналов н через электронные ключи 20 поступает в блок памяти 8. Устройство выборки и 15 запоминания 21 блока памяти 8 пере--водится в режим запоминания одновременно с пуском цифроаналоговых преобразователей по сигналу управления, поступающему с четвертого выхода мик-20 ро-ЭВМ 16„ через коммутатор 7 на вторые входы устройства 21. Система идентификации готова к работе.

С выходов блока памяти 8 оценки параметров .поступают на второй вход 25 модели 2, где вычисляется оценка фаэовой скорости объекта (в данном случае это х x) согласно уравнению (1) или (3) объекта 1.

В блоке сравнения 3 вычисляется ЗО сигнал невяэкн фазовых скоростей объекта 1 и модели 2, который может формироваться различным образом, в частности как геометрическая сумма невязок всех или части наиболее су35 щественных фазовых скоростей модели

2 и объекта идентификации 1. В данном случае с помощью вычнтателя 12 и прецизионного выпрямителя 1.3 формируется сигнал

Ix- х ., Если сигнал рассогласования превышает пороги срабатывания компаратоpos 15, то блок запрета открывается 45 и пропускает аналоговые сигналы с входа и выхода объекта 1 через электронные ключи каналов оперативной и долговременной идентификации (блоки .

5 и6)1коммутатор 7подключает анало- 5© говые входы блока памяти 8 через двухпоэиционные ключи 20, 20, 20, 20ó к выходам блоков 17, канала оперативной идентификации, а ждущнй мультивибратор 22 реле време- 55 ни 9 подает сигнал на размыкание электронных ключей 23, тем самым разрывая цепль обратной связи с выходов блока. памяти 8 на входы блоков

18 канала долговременной идентификации на заданный промежуток времени, Если в течение этого промежутка сигнал рассогласования с выхода блока сравнения превысит пороговое значение компаратора 15 реле времени 9 вновь, то выдержка времени устанавливается снова. Следовательно, обратная связь не будет функционировать до тех пор, пока система идентификации не перейдет на длительное время в устойчивое состояние, прн котором сигнал рассогласования мал.

В микро-ЭВМ 16„ канала оперативной идентификации вырабатывается новая оценка параметроз по первой выборке исходных данных согласно формулам (5) и (7) и через коммутатор 7 передается в блок памяти 8. Задание исходной матрицы притяжения было оговорено.

Согласно методу, каковы бы не были условия идентификации, в том числе и при условии недостатка информации об объекте, оперативная оценка параметров, поступающая с блока памяти

8 в модель 2, будет минимизировать величину рассогласования реакций модели 2 и объекта 1. При этом соблюдение условия (6) придает, этой оценке устойчивый характер и при наличии шумов измерений, искажающих область возможных решений уравнения идентификации (4).

Величина невязки уменьшается до пороговой величины, вследствие чего срабатывают блок запрета 4,коммутатор 7 и реле времени 9.

Электронные ключи 14, блока запрета 4 размыкаются по сигналу компаратора 15< н прекращают доступ исходных данных в систему идентификации. ключи коммутатора 7 перекидываются в положение, при котором входы блока памяти 8 подключены к выходам блоков 17 канала долговременной идентификации.

В канале долговременной идентификации происходят процессы выработки более точной оценки параметров, что проявляется после нескольких повторных срабатываний системы идентификации по превышению сигналом невяэки порогового значения. В отличие от канала оперативной идентификации в блоке 6 выработка оценки параметров происходит не только по текущей выборке исходных данных, но и цо (K-1) 1156001 предыдущим. Для этого реализуется дополнительное суммирование согласно (S) по текущей и по (К-1) предыдущим выборкам исходных данных.

В микро-ЭВМ 16 можно хранить только суммарные массивы P,P,..., ° ° ° Рк 1, R R> > ° ° ° Rg 1 > где индекс обозначает номер выборки. Суммарные массивы образуются,как

Ф-< k-f ФО

P = g Р + Р„; R g R; 4 К1 (8)

Е 4 1 ;л

Оценивание должно происходить по суммарным массивам: (9)

Так как объем хранящихся исходных данных конечен, происходит их постепенное обновление, что позволяет отслеживать дрейф параметров объекта идентификации 1. В силу больного объема суммарной выборки с нескольких участков идентификации задача параметрической идентификации становится лучве обусловленной, что обеспечивает хороюую точность нахождения долговременной оценки параметров. Через коммутатор 7 эта оценка .иостунает в блок памяти 8 и далее на входы модели„

2. По перекрестной связи эта оценка передается через буферный регистр 19 в микро-ЭВИ 16< канала оперативной идентификации, где она запоминаетСя и используется в качестве матрицы притяжения.

Если длительное время не происходит уточнение оценки параметров и сигнал блока сравнения 3 мал, то ждущий мультивибратор 22 реле времени

9 заканчивает свою работу и переходит в состояние, при котором управляемые им электронные ключи 23 соединяют выходы блока памяти 8 и входы блоков 18 „ канала долговременной идентификации. По петле обратной связи происходит коррекция матрицы притяжения в памяти микро-ЭВМ 16 для канала долговременной идентификации. По перекрестной связи через буферный регистр 19 зта матрица переписывается также в память микро-ЭВИ

16 канала оперативной идентификации.

Таким образом, предлагаемая система идентификации позволяет сократить время, в течение которого оцениваются параметры объекта и вычисляется его реакция на управляющее воздействие, что связано с отсутствием операции интегрирования, и число итераций-циклов срабатывания блока сравнения, в течение которых уточняются оценки параметров объекта, что связано с более поливаю использованием априорной информацииоб объекте,т.е.возрастает быстродействие системы в целом.

1156001

1!56001