Система электремального управления

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

-К АВТОРСКОМУ СВИДВТВЛЬСТВУ

Союз Советскин

Социалистических

Реслублик (6l) дополнительное к авт. свил-ву (22) Заявлеио09.03.76 (21) 2332352/18-2 с присоединением заявки Ие

Гоеудерствеиньй кеметет

СССР ее делам изобретений и еткрытий (23) Приоритет—

Опубликовано 05.03.79 Бюллетень М

Дата опубликования описания 07.03.7 (72) Авторы изобретения

Н. Г. Малышев, В. И. Финаев и Б. Я. Буянов

Таганрогский редиотехнический институт им, В. Д, Калмыкова (71) Заявитель (54) СИСТЕМА ЭКСГРЕМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ

Изобретение касается автоматического управления сложными системами, в частности технологическими марков- скими- процессами, и может найти применение при решении задач поиска оптимальных управляющих воздействий для многомерного экстремального управления процессом при отсутствии априорной информации о характеристиках объекта управления и при наличии неконтролируемых возмущающих воздействий. е

Известны системы экстремального управления, нашедшие широкое прнмене. ние при решении задач экстремального управления, в частности технологическими процессами, при известных возмущающих воЗдействиях по требуемому показателю качества, при детерминироваванном характере функционирования объек20 та управления, Эти системы содержат объект управления, регулятор по возмущению, корректор (11 к $2).

Недостаток таких систем состоит в том, что они работоспособны только при известных -характерйстиках объекта управления и только по одному критерию качества.

Наиболее близкой по технической сущности к изобретению является комбинированная система для экстремального управления технологическим - процессом. содержащая корректор, первые выходы которого соединены со входами регулятора по возмущению, выходы которого соединены со входами объекта управления (3 .

Эта система осуществляет экстремальное регулирование одного показателя качества при возмущающих воздействиях с известными характеристиками и при известных характеристиках объекта управления, несущих априорную информацию, которая (или часть ее) позволяетоценить функцию изменения регулируемого параметра и по этим данным определить алгоритм выбора экстремальных воздействий в устройствах корректора и регулятора по возмущению.

Однако, наряду с тем, когда управлению подвергается объект, функционирование которого. подчиняется изученным 5 закономерностям, выраженным Математическим описанием с определенным приближением, существуют объекты с марковским процессом, для которых проблема управления приобретает прин- 16 ципиально новые черты из-за полного

; отсутствия априорных данных об объек- те, неизученности его поведения. В этом случае возникают дополнительные тре-бования к функциям, выполняемым экст 15 ремальной системой и ее узлами, а именно — необходимость идентификации характеристик объекта с помощью стохастической модели объекта.

Дополнительные функции возникают в связи с расширением области применения такой системы экстремального управления. Следует также отметить, что эта система не решает задачи поиска экстремума управляющего воздействия при управлении многомерными процессами

-при независимых либо явно коррелированйых показателях процесса.

Цель предлагаемого изобретения состоит в расширении функциональных возможностей и области применения системы экстремального управления.

Поставленная цель достигается тем, что система экстремального управления дополнительно содержит блок определения характеристик объекта, первые входы которого соединены с выходами объекта, вторые — со вторыми выходами корректора, а третий вход-со вторым 0 выходом регулятора по возмущению, первые, вторые и третий выход соединены соответственно с первым, вторым и третьим выходами корректсра, а также тем, что блок определения характе

45 ристик объекта содержит модель объекта управления, узлы формирования знака

1 производной, узел оценки регулирующих воздействий, узлы оценки качеств, первые входы которых подключены к пер5О вым входам блока определения характеристик, вторые входы соединены соответственно с первыми выходами модели объекта управления и первыми входами узлов формирования знака производной, 55 первый вход модели объекта подключен к третьему входу блока определения характеристик объекта, вторые входь ко вторым входам блока определения характеристик объекта, второй выход K третьему BbIxoEQI блока определения характеристик объекта, выходы узлов оценки качеств подсоединены к первым выходам блока определения характеристик объекта, выходы узлов формирования знака производной соединены соот ветственно со входами узла оценки регулирующих воздействий, выходы которого подключены ко вторым выходам блока определения характеристик объекта, и тем, что корректор. содержит дешифратор, блок приоритета, узлы поиска оптимального воздействия, функциональный преобразователь, выход которого подключен к первому выходу корректора, первый вход подключен к третьему входу корректора, а остальные входы соединены с выходами узлов поиска оптимального воздействия и со вторыми выходами корректора, первые входы узлов поиска оптимального воздействия подсоединены ко вторым входам корректо1 ра, вторые входЬ соединены с выходами блока приоритета, входы которого соединены с выходами дешифратора, входы которого подключены к первым входам корректора.

Особенностью предлагаемой системы является наличие стохастической модели объекта управления. Такая модель может быть реализована либо на ЭВМ с помощью языка вероятностных автоматов, либо устройством на базе-вероятностных автоматов и не требует наличия априорной информации о поведении объекта управления.

Применение вероятностных автоматов позволяет осуществить . прогноз поведения объекта управления при наборе аностериорной информации и синтез па основе этого набора оптимального управляющего воздействия с целью достижения экстремума многомерного управления.

На чертеже приведена структурная схема системы.

Система содержит объект 1 управления, регулятор 2 по возмущению, блок

3 определения характеристик объекта, корректор 4, узлы 5 опенки качества, модель 6 объекта управления, узлы 7 формирования знака производной, узел 8 оценки регулирующих воздействий, дешифратор 9, блок 10 приоритета, узлы

11 поиска оптимального воздействия, функциональный преобразователь 1 2, казателей критериев качества (p . При этом, если изменение какого-либо показателя качества выходит эа рамки допустимых пределов, то на выходе соответствующего узла опенки качеств

5 появится сигнал, который подается на вход дешифратора 9 корректора 4.

Возмущающее воздействие Я подается также на первый вход модели 6 объекта

10 управления, в которой происходит изменение идентичного показателя качества, . также как и в объекте 1 управления.

На дешифратор 9 может подаваться одновременно ряд сигналов с узлов 5

1З оценки качеств, свидетельствующих о наличии выходов значений соответствующих показателей качеств за допустимые пределы. Подаваемые на дешифратор 9 сигналы дешифрируются и подаются на блок 10 приоритета, с которого сигналы, согласно правилу регулирования (приоритетности регулирования) показателей, подаются на узлы l I поиска оптимального воздействия.

Каждый из узлов 11 поиска оптимального воздействия, работающий по методу случайного поиска, подает ряд управляющих сигналов на вторую группу входов модели 6 объекта управления.

Каждый из управляющих сигналов, подаваемых на модель 6, оценивается моделью 6 объекта управления с точки . зрения влияния его на соответствующий показатель качества или группу показа35 телей. При этом, если управляющий сигнал не влечет за собой повышения

- показателя критерия качества, то в этом случае на выходе соответствующего узла 7 формирования знака производ,ой

40 сигнал отсутствует и на соответствуюшем выходе узла 8 оценки регулируюших воздействий сигнал будет отсутствовать, что вызовет дальнейшую работу узла 1 1 поиска оптимального воздействия и подачу очередных управляющих сигналов на соответствующие вторые входы модели 6 объекта управления.

При отыскании. узлом 11 поиска оптимального управляющего воздействия сигнала, подача которого на вход модели 6 объекта управления вызовет возвращение показателя критерия качества в заданные рамки, на выходе соответствуюшего узла 5 оценки качеств исчезает сигнал, подаваемый на вход дешифратора 9, и появится сигнал на выходе соответствуюшего узла 7 формирования знака производной и соответствую5 651314

- возмущающее воздействие; fp — показатель j — ro критерия качества.

Система работает следующим образом.

Узлы 5 оценки качества осуществляют контроль за изменением критерия каI чества(p по сравнению с соответствующими критериями качества модели либо по заданной программе с определенным допуском на варьирование отклонений критерия от модельного, либо осуществляется контроль за нахождением критерия качества в заданных статистических границах. При,этом, если критерий ка- . чества вышел из заданных границ, то на выходе узла 5 оценки качеств появится сигнал.

Узлы 7 формирования знака производной осуществляют контроль за изменением показателей качества модеди (вызвано ли приложенным управляющим воздействием увеличение или уменьшение критериев качества модели). При этом, если критерий качества увеличивается, то на выходе данного узла 7 формирования знака производной появится сигнал, в йротивном случае сигнал отсутствует.

Узел 8 оценки регулирующих воздействий на основе сигналов с выходов узлов 7 формирования знака производной формирует сигналы оценки соответствия подаваемых управляющих воздействий от узлов 11 поиска оптимального воздействия.

Дешифратор 9 осуществляет дешифрирование рассогласований критериев качеств модели и объекта управления.

Блок 10 приоритета подает управляющие сигналы на узлы ll оценки регулирующих воздействий согласно приоритету регулирования показателей качеств(так, например, при выплавке стали основным параметром, которому отдается старший приоритет, является со45 держание углерода, вторым по приоритету параметром является скорость выгорания углерода и далее подобным образом) . Функциональный преобразователь 12 осуществляет преобразование цифровых управляющих сигналов в сигналы либо цифровые, но иные по параметрам, либо в сигналы аналогового характера, в соответствии с исполнением регулятора

2 по возмущению.

При поступлении на вход объекта.1 управления возмущающего воздействия происходит некоторое изменение по7

65131 -1 щем выходе узла 8 оценки управляющих воздействий, Прекращение подачи сигнала на вход дешифратора 9 от узла 5 оценки каМества и подача сигнала от выхода узла 8 оценки управляющих воздействий приведет к тому, что прекратится работа узла 11 поиска оптимального управляющего воздействия, на его выходе фиксируется необходимый для данногФ возмущающего

- - -: воздействия управляющий сигнал, на втором выходе модели 6 объекта управления появится разрешающий сигнал, который разрешит подачу преобразованногб функциональным преобразователем в требуемую форму управляющего воздействия на регулятор 2 от соответствующего узла 11 поиска оптимального управляЮщего воздействия.

После отыскания оптимального управляющего воздействия, необходимого для регулирования показателя качества старшего по приоритету, блок 10 приоритета включает в работу последующий узел ll ïîèñêà оптимального управляющего воздействия для регулирования очередного показателя качества. B этом случае следует отметить, что могут регулироваться как отдельные одиночные показатели качества так и: группа их, 1

Если при регулировании показателя качества младшего приоритета произойдет выход за допустимые рамки величины показателя качества старшего приоритета, то через блок 1 0 приоритета произойдет переключение от регулирования показателя младшего приоритета к регулированию показателя старmего приоритета.

Таким образом цель изобретения достигается благодаря анализу апостериорной информации о процессе управления, которая накапливается в узлах 1 1 поиска оптимального управляющего воз действия, анализируется и на основе анализа выдается требуемое решение.

Применение системы возможно и при наличии априорной информации (полной или частичной) . В этом случае возможно при незначительных дополнительных изменениях в схеме прочзвести ввод априорной информации в узлы 11 поиска оптималь ного воздействия и при йеизменйОм . принципе работы системы осуществлять процесс управления.

Формула изобретения

1. Система экстремального управления, содержащая корректор, первые выхо16

М

45 ды которого соединены со входами регулятора Io возмущению, выходы которого соединены со входами объекта, отличающаяся тем, что, с целью расширения функциональных возможностеи и области применения системы, она дополнительно содержит блок определения характеристик объекта, первые входы которого соединены с выходами объекта, вторые — со вторыми выходами корректора, а третий вход — со вторым выходом регулятора по возмущению, / первые, вторые и третий выходы соединены соответственно с первыми, вторыми и третьим входами корректора.

2. Система по и. 1, о т л и ч а ющ а.я с я тем, что блок определения характеристик объекта содержит модель объекта управления, узлы формирования знака производной, узел оценки регулируклщих воздействий, узлы оценки качеств, первые входы которых подключены к первым входам блока определения характеристик, вторые входы соединены соответственно с первыми выходами мо дели объекта управления и первыми входами узлов формирования знака производной, первый вход модели объекта управления подключен к третьему входу блока определения характеристик объекта, вторые входы — ко вторым входам блока определения характеристик объекта, второй вьиод .— к третьему выхоцу блока определения характеристик объекта, выходы узлов оценки качеств подсоединены к первым выходам блока определения характеристик объекта, выходы узлов формирования знака производной соединены соответственно со входами узла опенки регулирующих. воздействий, выходы которого подключены ко вторым выходам блока определения характеристик объекта, и тем, что корректор содержит дешифратор, блок приоритета, узлы поиска оптимального воздействия, функциональный преобразователь, выход которого подключен к первому выходу корректора, первый вход подключен к третьему входу корректора, а остальные входы соединены с выходами узлов поиска оптимального управляющего воздействия и со вторыми выходами корректора, первые входы узлов поиска оптимального воздействия подсоединены ко вторым входам корректора„вторые входы соединены с выходами блока приоритета, входы которого соединены с выходами дешифратора, входы.

651314

Составитель Г, Нефедова

Редактор И. Марховскви Техред 3. Фанта Корректор Е, Папп

Заказ 804/44 Тираж 1014 Подписное

lHHHIIH Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауд скаянаб., д. 4/5

Филиал ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 которого подключены к першим входам корректора.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Патент США hb 3828171, an. g 05 В 15/02, 06.08.74.

2. Патент Франции _#_o 206 1 6 I 6, кл.Cl 05 В 11/00,$ 05 В 15/00, 30.07.71.

3. Авторское свидетельство СССР

М. 387338, кл.(j 05 В 13/02, 21.06.73.