Адаптивный прогнозатор

 

АДАПТИВНЬЙ ПРОГНОЗАТОР, содержащий первый, второй, третий, четвертый, пятьй, шестой, седьмой, восьмой, девятый блоки сравнения, первый ограничитель, первый сумматор , первый, второй, третий, четвертый интеграторы, первьй, второй и третий блоки задержки, первый, второй, третий блоки умножения, последовательно соединенные десятый блок сравнения, второй ограничитель , пятый интегратор и одиннадцатый блок сравнения, последовательно соединенные двенадцатый блок сравнения , шестой интегратор, масштабирующий блок и второй сумматор,причем выход седьмого блока сравнения соединен с входом третьего интегратора , выход пятого интегратора соединен с вторым входом одиннадцатого блока сравнения, выход шестого интегратора соединен с первым входом двенадцатого блока сравнения, выход третьего интегратора соединен с первым входом седьмого блока сравнения , отличающийся тем,, что, с целью повьшения точности прогнозирования целевой переменной , в него введены переключатель , седьмой интегратор, первый и второй квадраторы, первый и второй блоки деления, экстраполятор, выполненный в виде форсирующего звена, причем второй вход десятого блока Sf сравнения соединен через последоваW тельно соединенные первый блок сравнения, второй блок сравнения, первый ограничитель и седьмой интегратор с первым входом первого сумматора , выход которого через третий блок сравнения соединен с первым информационным входом переклю00 чателя, второй информационный вход которого соединен с выходом одиннад41ь цатого блока сравнения, с входом 00 Од первого блока задержки и входом первого квадратора, вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены соответственно с выходами пятого и седьмого интеграторов, выход пятого интегратора соединен с вторым входом первого сумматора второй вход одиннадцатого блока сравнения соединен с вторым входом третьего блока сравнения, выход которого соединен с входами второго блока задержки и второго квадратора, выход переключателя соединен с вторым входом двенадцатого блока срав

СОЮЗ COBETCHHX

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (5l)4 С 05 В 13/02!

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ/

Н ABTOPCHOIVIY СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЭОБРЕТЕКИЙ И ОТКРЫТИЙ (2i) 3728279/24-24 (22) 13.04.84 (46) 30.09.85. Вюл. У 36 (72) В.П. Авдеев, П.В. Романов, В.Я. Карташов, Л.П. Мьппляев, В.И. Дюков, Ю.Н. Марченко, В.К. Степанищев, Я.Г. Парпаров, Л.И. Дубровский и А.В. Макеев (71) Сибирский ордена Трудового

Красного Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе, Кемеровский государственный университет и Красноярский ордена Трудового Красного Знамени химический комбинат "Енисей" (53) 62-50 (088.8) (56) Авторское. свидетельство СССР

9 1003302, кл. Н 03 Н 2/02, 1981.

Авторское свидетельство СССР

1049866, кл. С 05 В 13/00, 1983. (54)(57) АДАПТИВНЫЙ ПРОГНОЗАТОР, содержащий первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой, девятый блоки сравнения, первый ограничитель, первый сумматор, первый, второй, третий, четвертый интеграторы, первый, второй и третий блоки задержки, первый,. второй, третий блоки умножения, последовательно соединенные десятый блок сравнения, второй ограничитель, пятый интегратор и одиннадцатый блок сравнения, последовательно соединенные двенадцатый блок сравнения, шестой интегратор, масштабирующий блок и второй сумматор,причем выход седьмого блока сравнения соединен с входом третьего интегратора, выход пятого интегратора сое„„SU„„1182486 А динен с вторым входом одиннадцатого блока сравнения, выход шестого интегратора соединен с первым входом двенадцатого блока сравнения, выход третьего интегратора соединен с первым входом седьмого блока сравнения, отличающийся. тем,. что, с целью повьппения точности прогнозирования целевой переменной, в него введены переключатель, седьмой интегратор, первый и второй квадраторы, первый и второй блоки деления, зкстраполятор, выполненный в виде форсирующего звена, причем второй вход десятого блока сравнения соединен через последовательно соединенные первый блок сравнения, второй блок сравнения, первый ограничитель и седьмой интег" ратор с первым входом первого сумматора, выход которого через третий блок сравнения соединен с первым информационным входом переключателя, второй информационный вход которого соединен с выходом одиннадцатого блока сравнения, с входом первого блока задержки и входом первого квадратора, вторые входы первого и второго блоков сравнения соединены соответственно с выходами пятого и седьмого интеграторов, выход пятого интегратора соединен с вторым входом первого сумматора, вто. рой вход одиннадцатого блока срав" нения соединен с вторым входом третьего блока сравнения, выход ко" торого соединен с входами второго блока задержки и второго квадратора, выход переключателя соедин н с вторым входом двенадцатого блока сравнения, выход первого квадратора под ключен через последовательно соединенные четвертый блок сравнения и первый интегратор к первому входу

Первого блока деления, выход второго квадратора подключен перез последовательно соединенные пятый блок сравнения и второй интегратор к первому входу второго блока деле- ния, выход первого блока задержки подключен через последовательно соединенные. первый блоК умножения, седьмой блок сравнения и третий интегратор к второму входу первого блока деления, выход второго блока задержки подключен через последовательно соединенные второй блок умножения, девятый блок сравнения и четвертый интегратор к второму вхо1182486 ду второго блока деления, выходы

;первого, второго и четвертого интеграторов соединены с вторыми входами соответственно четвертого, пятого и девятого блоков сравнения, вход экстраполятора соединен с первым входом шестого блока сравнения, выход которого соединен с вторыми входами первого и второго блоков умножения, выход экстраполятора соединен с вторым входом второго сумматора и через третий блок задержки с вторым вхбдом шестого блока сравнения, выходы первого и второго блоков деления соединены с первьм ,и вторым входами восьмого блока сравнения, выход которого соединен с управляющим входом переключателя.

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано при построении систем управления объектами, целевые переменные которых из-, меряются с запаздыванием, а косвенные переменные †. без запаздывания.

Модель влияния приращений косвенных переменных на приращения целевых переменных в операторной форме

1 имеет вид

k и(р) = где k — коэффициент пересчета;

Т вЂ” постоянная времени.

Статические свойства полезных составляющих и помех измеряемых переменных являются нестационарными.

Цель изобретения — повьппение точности прогнозирования целевой переменной.

На чертеже представлена блок-схема адаптивного прогнозатора.

Адаптивный прогнозатор содержит первый, второй, третий, четвертый, пятый, шестой, седьмой, восьмой и девятый блоки сравнения

1-9, первый ограничитель 10, первый сумматор 11, первый, второй, третий и четвертый интеграторы

t2-15, первый, второй и третий

И

2 блоки задержки 16-18, первый и второй блоки умножения 19 и 20, десятый блок сравнения 21, второй ограничитель 22, пятый интегратор

23 одиннадцатый блок сравнения 24, двенадцатый блок сравнения 25, шестой интегратор 26, масштабирующий блок 27, второй сумматор 28, переключатель 29, седьмой интегратор 30, первый и второй квадраторы .31 и 32, первый и второй блоки деления .33 и 34 и экстраполятор 35.

Экстраполятор 35 представлен реальным формирующим звеном с передаточной функцией и(р) - -|Р—

Т +1

Т, р+1

Переключатель содержит нормально замкнутый ключ, нормально разомкнутый ключ и сумматор, причем выходы ключей соединены с входами сумматора, вход нормально замкнутого ключа соединен с первым входом, вход нормально разомкнутого ключа соединен с вторым входом переключателя, управляющие входы ключей соединены с управляющим входом переключателя, выход сумматора подключен к выходу переключателя .

1182486 4

На чертеже обозначено,,V(t) — кос венная переменная в момент времени ; V () — сглаженное значение косвенной переменной на первом уровне;Ч - (t) — сглаженное значение косвенной переменной на втором уровне; 7() — целевая переменная;

Ф(+Т) — спрогнозированное на интервал Т значение целевой переменной.

Прогнозатор работает следующим образом.

В исходном сигнале V(t) выделяются две низкочастотные (базовые) составляющие V -() и V (t)+V (),. приращения относительно которых

„, („),„(„) — - х(„) ч - (t) = v(t) — V (t) — 7 (t) поступают на информационные входы переключателя 29. Адаптация базового I> HH H H V(t) заключается в том, что при прогнозе целевой переменной используют приращения косвенной переменной V (t) и

BV (t) относительно той базовой

Ii составляющей, которая наиболее связана с ошибками экстраполяции целевой переменной.

Для этого сигнал о косвенной переменной V(t) поступает на вход десятого блока 21 сравнения, где из него вычитается выходной сигнал пятого интегратора 23 о сглаженном значении косвенной переменной первого уровня V (t). Выходной сигнал первого блока 1 сравнения проходит через второй ограничитель 22, где срезаются большие выбросы сигнала, и поступает на пятый интегратор 23.

Выходной сигнал пятого интегратора

23 вычитается в одиннадцатом блоке

24 из входного сигнала V(t) и с выхода одиннадцатого блока 24 сравнения на второй информационный вход переключателя поступает сигнал о приращении аЧ (t) сигнала V(t) относительно его низкочастотной составляющей первого уровня.

Сигнал о приращении ЛЧ () постуХ пает с выхода первого блока 1 сравнения на первый вход второго блока

2 сравнения, где иэ него вычитается сигнал с выхода седьмого интегратора

30. Выходной сигнал второго блока 2 сравнения проходит через первый ограничитель 10, где срезаются большие выбросы сигнала, и поступает на вход седьмого интегратора 30. Сигнал с выхода седьмого интегратора 30 о сглаженном значении косвенной переменной на втором уровне V (t) алгебраически суммируется в первом сумматоре 11 с сигналом о сглаженном значении косвенной переменной на первом уровне. Выходной сигнал

1О третьего блока 3 сравнения о величине приращения косвенной переменной

U(t) относительно ее второй низкочастотной составляющей V (t)+V (t) поступает на первый информационный

15 вход переключателя ?9.

Степень связи приращений косвенной переменной DV (1:) и и V (t) с ошибками экстраполяции оценивается с помощью показателя, являющегося

20 аналогом коэффициента корреляции.Для расчета показателей - 1 (и

> гд, текущее значение сигнала о целевои переменной Y(t) в шестом блоке 6 сравнения вычитается из

25 сигнала об экстраполированном значении целевой переменной У (()

f(t) = g(t) — У (t) .

Сигнал об ошибке экстраполяции

Зо поступает на вторые входы первого

19 и второго 20 блоков умножения.

На первые выходы первого 19 и второго 20 блоков умножения поступают с выходов первого 16 и второго 17 блоков задержки сигналы о приращекиях косвенной переменной Д7 t(t) и д7 (t), задержанные на время «.

Сигналы о произведениях йЧ (t) - K(t) и йЧ (t) -E(t) с выходов первого

- 19 и второго 20 блоков умножения сглаживаются. Для этого из выходных сигналов блоков умножения в седьмом

7 и девятом 9 блоках сравнения ,! вычитаются выходные сигналы третьего 14 и четвертого 15 интеграторов.

Сигналы с выхода седьмого 7 и девятого 9 блоков сравнения поступают на входы третьего 14 и четвертого

15 интеграторов. Сглаженные значения сигналов о произведениях

aV (t) E(t) и ЬЧ (t) - E(t) поступают на вторые входы блоков деления.

В блоках деления зти сигналы нормируются на дисперсию uVr(t) и ЬЧ L(t), Это позволяет исключить влияние абсогпоткой величины приращений gV (t, и aV (t) на показатели rz

r 4р g(t).

1182486

Для расчета дисперсии сигналов

aV (t) и ЬЧ- (t) сигналы о приращеР ниях йЧ (t) и дЧ L (t) возводятся в квадрат в первом 31 и втором 32 квадратах и затем сглаживаются.

Для этого сигналы с выходов первого

3i и второго 32 квддратов поступают на первые входы четвертого 4 и пятого 5 блоков сравнения, где из них 10 вычитаются сигналы с выходов первого 12 и второго 13 интеграторов.

Сигналы о разности с выходов четвертого 4 и пятого блоков сравнения поступают на входы первого 12 и второ-15

ro 13 интеграторов. Сигналы о дисперсии приращений ЬЧ (г) и ьЧ "- (t) поступают на первые входы первого 33 и второго 34 блоков деления. Таким образом на выходах первого 33,и вто- 20 рого 34 блоков деления получаются показатели г т (г) и r V i, (t), характеризующие степень связи

ЬЧ (t) и chV - (t) с ошибками экстраполяции K(t) целевой переменной. 25

Сигнал о разнице

К=v (4) -v p (4) поступает на управляющий вход пере- З0 ключателя 29. Выход переключателя 29, подключается к первому информационному входу, если d 0, и ко второму информационному входу, если d"C О.

Для этого сигнал о разнице dà посту-З5 пает на управляющие входы нормально .замкнутого и нормально разомкнутого ключей переключателя 29. При d"), 0 нормально замкнутый ключ замкнут и сигнал с первого входа переключателя поступает через сумматор переключателя 29 на выход переключателя 29, при этом нормально разомкнутый ключ разомкнут. Если d" C О, то нормально, I разомкнутый ключ замыкается, а нормально замкнутый ключ размыкается и на выход переключателя 29 поступает сигнал с второго входа переключателя.

Выходной сигнал переключателя 29 о приращении косвенной переменной преобразуется в приращение целевой переменной в модели влияния приращений косвенной переменной на приращение целевой переменной. Для этого сигнал о приращении косвенной переменной поступает на вход двенадцатого блока 25 сравнения, где из него вычитается сигнал с выхода шестого интегратора 26 . Сигнал о разнице с выхода двенадцатого блока 25 сравнения подается на вход шестого интегратора 26. Выходной сигнал шестого интегратора 26 поступает на вход масштабирующего блока 27.

На выходе масштабирующего блока 27 получается сигнал о приращении целевой переменной LY(t) за счет приращения косвенной переменной.

Прогнозируемое значение сигнала о целевой переменной определяется как сумма экстраполируемого значения целевой переменной Y (г+Т) и приращения Y(t).Для этого сигналы с выхода экстраполятора 35 об экстраполируемом значении 7 (Т+Т) и выхо8 да масштабирующего блока 27 о приращении целевой переменной a Y(t) суммируются во втором сумматоре 28.

На выходе второго сумматора 28 получается сигнал о прогнозируемом знал чении целевой переменной Y(t+7) .

Изобретение позволяет повысить точность прогноза целевой переменной за счет адаптивного выделения базовой составляющей косвенной переменной. Использование предлагаемого адаптивного прогнозатора при производстве пластмасс повышает точность прогнозирования целевой переменной на 5 .

1182486

Тираж 862 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Иосква, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Заказ 6104/46

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

Составитель П. Кудрявцев

Редактор К. Волощук Техред О.Неце Корректор E. Сирохман