Система идентификации параметров линейных объектов

 

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, вычислитель 4 параметров, формирователь 5 функции чувствительности с подключенными блоком 6 аналоговой памяти и блоком 7 постоянной памяти, блок задания 8 начальных условий, последовательно соединенные вычислитель 9 критерия идентификации и пороговый блок 10, синхронизатор 11, четыре ключа 12, 13, 14, 15. 8 ил.

А1

СОЮЗ СОВЕТСНИХ.

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУ6ЛИН

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

fO ИЗО6РЕТЕНИЯМ И ОТНРЬТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

09) (И) (51) 5 С 05 В 13/02

rнФ р

1 (21) 43824 19/24-24 (22) 22.02.88 (46) 07.01.90. Бюл. М 1 (71) Сибирский физико-технический институт им . В.Д.Кузнецова при ТомСком государственном университете им. В.В.Куйбышева (72) Ю.И.Параев и С.А.Цветницкая (53) 62.50(088.8) .(56) Авторское свидетельство СССР

И 728113, кл. Г 05 В l3/02, 1980.

Авторское свидетельство СССР

N 703779, кл. (: 05 В 13/01, 1979. (54) СИСТЕМА ИДЕНТИФИКАЦИИ ПАРАМЕТРОВ

ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ

2 (57) Изобретение относится к системам автоматического управления и позволяет обеспечить идентификацию объектов с неполной информацией по вектору состояния. Система содержит блок 2 датчи« ков состояния, подключенных к объекту 1, подстраиваемую модель 3, вы" числитель 4 параметров, формирователь

5 Функции чувствительности с подключенными блоком 6 аналоговой памяти и блоком 7 постоянной памяти, блок 8 задания начальных условий, последовательно соединенные вычислитель 9 критерия идентификации и пороговый блок 10, синхронизатор 11, четыре ключа 12, 13, 14, 15. 8 ил.

1534429

Изобретение относится к области систем автоматического управления и может быть применено при управлении объектами с неполной информацией в процессе . их нормального функционирования.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей за счет обеспечения работоспособности системы идентификации объекта с неполной информацией по вектору сос . стояния . !

Пусть динамика объекта описывается ,уравнениями 15

x=A(8) х, х (О) =х, . (1)

z-=Sx, (2) где x - и-вектор состояния объекта;

z — m-вектор выхода объекта (m п);

S — m-n-матрица наЬлюдения;

0 — r-вектор неизвестных параметров.

Предлагаемое устройство реализует итерационнуЮ: пРоцедуРу подстройки 25 параметров д . Пусть после i-й итерации получена оценка вектора параметРов 6 . Рассмотрим систему, аналогичную (1), но отличающуюся тем, что 6 заменено на 6 :

30 у=р,(g )ó, y(t;).=y;. (3)

Решение системы (3) реализуется в блоке подстраиваемой модели. Вектор параметров 6 поступает из блока аналогoFoH памяти.

35 решение системы (1) на отРезке (;, t „) можно при ближенно и редста.вит ь в виде

X(i) =1()+ "- (В-Е ). С1)

Выражение (4) представляет собой разложение в ряд Тейлора в окрестности, Эх

У() ° Производная -6 вычисляется при

Эх! 45 х=у и это отражается записью -- „ ах гдх; ) †матри чувствительности. а ЭЕ; )

n ° r- g-й столбец этой матрицы М ах Э;,г — функция чувствидВ; ЭВ. 1

50 тельности к j-му параметру и характеризует чувствительность решения x(t) к изменению параметра 8 . Матрица

) чувствительности удовлетворяет уравнению 55 гЭА .лА . аА

И=А (6) W+ — -у: — -у:.... — -у), Щ О) =

О Э6 30g 89<(5)

Решение системы (5) реализуется в блоке Формирователя Функций чувствительности. Задание нулевых начальных условий происходит с помощью блока постояйной памяти через ключ. !

Новую оценку вектора параметров

9 определяют из условия минимума

Функционала качества

6 1б1

?= llz(Q)-$х()П Ю. (6) 1, ЗХ

Условие минимума --=0 приводит к сле36 дующей системе алгебраических уравнений:

1;., 3 (яи) яы d;y= ) (ян) (z(;)е;

Sy(i)d(° (7)

Решая эту систему, находят dB, а новую оценку получают по Формуле

e" =6 + e (;„) . (8)

Затем итерационная процедура повторяется с тем различием, что B заменяют на 9" .

В вычислителе критерия идентификации реализуется квадрат норм вектоРа д ", r

8aB((2= X д82

i,1 i

Полученное значе ие (! д О П 2 оценива ется в порого. -.,ч Ьлоке с заданной точностью Е„При выполнении условия

11 69И <Е на выходе порогового блока появляется импульс, который подается -га 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 чувствительности „. на фиг. 4 - функциональная схема вычислителя параметров; на фиг. 5— вариант исполнения блока Формирования начальных условий; на фиг. 6 - вариант исполнения Ьлока умножения; на фиг. 7 - вариант исполнения блока решения алгебраической системы; на фиг. 8 - вариант исполнения синхронизатора.

Система содержит объект 1 идентиФикации, Ьлок 2 датчиков состояния объекта, подстраиваемую модель 3, вычислитель 4 параметров, формирователь

5 функции чувствительности, блок 6 аналоговой памяти, блок 7 постоянной памяти, блок 8 задания начальных условий, вычислитель 9 критерия идентиФикации, пороговый блок 10, синхро низатор 11, ключи 12 — 15.

S 153442

Вариант исполнения подстраиваемой модели (фиг. 2), описываемой уравнениями .(3), рассматривается на примере системы второго порядка

5 у, =f, =О у1+a» у, у, (0)=y,, (9)

yi=,= у,+а,у,, у (О)=y

Подстраиваемая модель состоит из двух интеграторов 16 и 17, входы которых через нормально замкнутые контакты 18 и 19 реле 20 подключены к формирователю правых частей Е, и и . 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 состоит из умножите-. ля 24, один вход которого соединен с отдельным выходом блока 6, а другой вход — с выходом интегратора 16, умножителя 25, один вход которого соединен с отдельным выходом Ьлока 7 постоянной памяти, а другой вход - с выходом интегратора 17, 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- 40 ствительности, описываемых уравнениями (5}. Для системы второго порядка (9) матрица чувствительности W=- W !W ) удовлетворяет уравнению

y,О

W=AW+ 0 W(0)=О. (10)

yf

Формирователь 5 функции чувствительности состоит из интеграторов 2730, на выходе которых получаются соответственно функции W»,Ъ7, »М,, и М«, из четырех блоков формирования правых частей системы (ы,, 0)< юэ,ы ) . Формирователь м, состоит из умножителя 31, один вход которого соединен с выходом Ы интегратора 27, а другой вход - с отдельным выходом блока 6 памяти, .из умножителя 32, один вход которого соеди9 6 нен с выходом блока 7 постоянной памяти, а другой — с выходом интегратора29, 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 412 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 (.р состоит из умножителей 44 и 45 и сумматора 46 ° Одни 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 контакт

47 реле 35

Вычислитель 4 параметров (фиг.4} реализует формирование алгебраических систем 9 и ее решение, а также получение нового значения параметров 8 " и состоит из блока 48, реализующего матричное произведение SW, блока 49, реализующего операцию матричного транспортирования (SW) ", блока 50, реализующего операцию матричного умножения (SW) SW, блока 51, реализующего операцию матричного интегрирования $(SW) SWd"., блока 52, реализую" щего операцию матричного умножения

Sy, блока 53, реализующего операцию матричного вычитания z-Sy, блока 54, 7 1534429 реализующего операцию матричного умножения (SM) (z-БУ), блока 55, реализующего операцию матричного интегрирования f(SM) (z-Sy)de, блока 56, реализующего решение алгебраической системы (7), блока 57, реализующего опе1 ацию матричного сложения 9 +д8.

Первый вход блока 48 умножения соеинен с отдельным выходом блока 7 по- 10 тоянной памяти, второй вход - с выодом формирователя 5 функции чувстительности. Выход блока 48 соединен входом блока 49 и вторым входом блоа 50 умножения, первый вход которого 15 оединен с выходом блока 49 ° Выход лока 50 соединен с входом блока 51 ерез нормально замкнутый контакт 58 еле 59, выход блока 51 соединен с отельным входом блока 56. Первый вход ® лока 52 соединен с отдельным выходом лока 7 памяти, другой вход блока 52 оединен с выходом блока 3. Выход бло-, а 52 соединен с первым входом блоа 53, второй вход которого соединен д выходом блока 2. Выход блока 53 соеинен с вторым входом блока 54, перый вход которого соединен с выходом лока 49. Выход блока 54 соединен с ходом блока 55 через нормально эамк-530 утый контакт 60 реле 59, выход блоа 55 - с отдельным входом блока 56, выход которого соединен с одним иэ входов блока 57, вторым входом соединенного с выходом блока 6. С выхода блока 57 вектор параметров 6 через ключ поступает в блок 6 аналоговой памяти. С выхода блока 57 вектор приращения параметров дО поступает в лок задания начальных условий и блок 40

6 аналоговой памяти.

Блок 8 формирования начальных условий (фиг. 5) состоит иэ матричного умножителя 61, на первый вход которого г1одается У с выхода формирователя 5 4> функций чувствительности, а на второй вход - 1,8 с отдельного выхода . вычислителя 4 параметров. Выход умножителя 61 соединен с одним из входов матричного сумматора 62, другой вход которого соединен с выходом подстраиваемой модепи 3 через последовательно соединенные нормально разомкнутый контакт 63 реле 64 и запоминающий элемент 65, построенный на основе интег ðèðóeùåão,óñèëèòåëÿ. На выходе сум матора 62 получается новое начальное условие у(,;)+W58, которое подается на ключ 14, Блок 48 (фиг. 6) для случая матрицы наблюдения S в виде вектор-строки

s=(s,„,s ц ) состоит из умножителей 6669 и сумматоров 70 и. 71. Первые входы умножителей 66-69 соединены с блоком постоянной памяти, вторые входы умно жителей - с выходами интеграторов 2730 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 SW, а на выходе сумматора 71 - вторая.

Блок 56 (Фиг. 7) состоит иэ трех

Формирователей, на выходе которых получают определители Д, д< и Д „ 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 ф„„ф, ф„,и ф Блок 55 реализует правую часть алгебраической системы F, поэтому на двух отдельных выходах получают F и Г . Два входа умножителя 72 соединены с двумя отдельными выходами блока 51 (Ф„, 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, F,), два входа умножителя 76 - с дру- гими отдельными выходами блоков 51 и 55 (Ф, Е ). Выходы умножителей 75 и 76 соединены с первым и вторым вхоами блока 77. Третий формирователь, реализующий,й, состоит из умножителей 78 и 79 и блока 80 вычитания. Два входа умножителя 78 соединены с двумя выходами блоков 51 и 55 (Ф„, F ) два входа умножителя 79 - с другими выходами блоков 51 и 55 (ф,, F,). 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 46, и a&q.

15344

Синхронизатор 11 (фиг. 8) на выходе которого получают четыре управляющих импульса S<-S,,состоит иэ одновибратора 83, схемы ЙЛИ 84, генератора 85 тактовых импульсов (ГТИ), линий

86 и 87 задержки, схемы ИЛИ 88. Одновибратор 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 S, поступающий на линию 86 задержки,, с выхода которой получают импульс S<„ поступающий на вход линии 87 задержки. С выхода линии 87 задержки получают импульс Sz.

Схема ИЛИ 88 имеет три входа, первый из которых соединен с выходом ГТИ 85, О второй - с выходом линии 86, третийс выходом линии 87 задержки. На выходе схемы 88 получают импульс ь

Система работает следующим образом. 25

До начала работы (запуска ГТИ) задается исходное состояние устройства. В блоке 6 аналоговой памяти ус" танавливается начальное значение век" тора параметров О, которое известно 30 иэ физической постановки задачи, ну-. ,левое значение дО. В блок 7 постоян:ной памяти записывается матрица наблю дения S, известные элементы матрицы А, нулевая константа. На интеграторах 16 и 17 устанавливаются начальные условия

;y,(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 t появЛяются два управляющих импульса S, и S . По импульсу

S нормально замкнутые контакты 18 и 19 реле 20, контакты 34, 39 и 47 ре- 45 ле 35, контакты 58 и 60 реле 59 во входных цепях интеграторов 16,17, 2730, 51 и 55 размыкаются, благодаря чему достигается Фиксация решений у(;) (t;), F(t;), Ф(й.;). В этот же момент t i на выходе блока 56 получают решение алгебраической системы д6, которое через ключ 15 записывается в блоке 6, одновременно происходит запись нового значения B в блок 6 через ключ 13. С приходом управляющего импульса S „ нормально разомкнутый контакт 63 реле 64 замыкается и на вход запоминающего элемента 65 посту29

10 пает y(t-) с выхода подстраиваемой модели. Одновременно на выходе блока 8 получают новое начальное условие у(t )=y(t )+W(t.) л6(t;). С приходом импульса S полученное новое начальное условие y(t ) через ключ 14 задается на интеграторах 16 и 17. При появлении импульса S> нулевая константа через ключ 12 подается на отдельные входы интеграторов 27- 30 блока 5 и интеграторы 51 и 55 блока 4. C окончанием импульса S 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 S, и S .

В течение интервала (t,+38,t 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 алгебраической системы Ф, а на выходе блока 55вектор правых частей алгебраической системы (7). В вычислителе 9 реализуется !(й81! = й6 . Полученная норма ((д 01(подается на пороговый блок 10.

Если Ц и 8 1(

Технические преимущества изобретения заключаются в том, что оно применимо для идентификации параметров объектов как с полной, так и с неполной информацией о состоянии объекта в отличие от известной системы, для реализации алгоритма идентификации которой требуется измерение всего вектора состояния °

Формула изобретения

Система идентификации параметров линейных объектов, содержащая блок задания начальных условий, попарнопоследовательно соединенные объект идентификации и блок датчиков состояния объекта, подстраиваемую модель и вычислитель параметров, блок вычис-. ления критерия идентификации и порого1534429

12 е1ыйблок, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциоНальных возможностей за счет обеспечения, работоспособности системы идентификации объекта с неполной информаци5 ей по вектору состояния, в него Beege v формирователь функции чувствительности, - блок аналоговой памяти, лок постоянной памяти, синхронизатор о четыре ключа, первый из которых инормационным входом подключен к первому выходу блока постоянной памяти, выходом подключен к второму входу вычислителя параметров и первому вхо- 15 ду формирователя Функции чувствительности, подключенного вторым входом, объединенным с первым входом блока задания начальных условий, к выходу под траиваемой модели, а выходом - к тре- о

«ьему входу вычислителя параметров и торому входу блока задания начальных словий, второй ключ информационным ходом, объединенным с третьим входом лака задания начальных условий, под- 25 ключен к первому выходу вычислителя ( йарамегров, а выходом - к первому входу блока аналоговой памяти, первым выходом подключенного к блоку вычис1 ения критерия идентификации, третий

Ключ подключен информационным входом

М выходу блока задания начальных чс:ловий, а выходом к управляющему входу подстраиваемой модели, подключенной информационным входом, объединенным с четвертым входом вычислителя параметров, к второму выходу блока аналоговой памяти, четвертый ключ подключен инФормационным входом к второму выходу вычислителя параметров, а выходом к второму входу блока аналоговой памяти, вычислитель параметров пятым входом подключен 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 четвертого .. ключей и входу синхронизации блока задания начальных условий, вторымк управляющему входу третьего ключа, третьим - к управляющему входу первого ключа и четвертЪ. м - к синхронизирующим входам вычислителя параметров, подстраиваемой модели, формироваTGllR Функции чувствительности, третий выход блока постоянной памяти соединен с вторым управляющим входом подстраиваемой модели и с третьим входом формирователя функции чувствительности, подключенного четвертым входом к второму выходу блока аналоговой памяти.

1534429

1534429

Ф4Д д

Редактор В, Петраш

Заказ 41 Тирам 647 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Произзодственно-издательский комбинаr Патент", r„Ужгород, ул.Гагарина, 101 ВОЮ Ю ю В ВВЮФЮ Ы Й

@ М (1

Составитель А„Лащев

Техред Л.Сердюкоав Корректор Т.Палий