Самоорганизующаяся система

 

(72) Автор, изобретения

В.В. Редин (7l) Заявитель (54) САИООРГАНИЗУЮЩАЯСЯ СИСТЕМА

Изобретение относится к автоматическому регулированию и управлению и может быть использовано для решения задач оптимального управления в само" обучающихся системах, в системах

5 распознавания, в устройствах моделирования адаптивных биологических процессов.

Известна самоорганизующаяся система, содержащая объект регулирования, чувствительные элементы, вычислительное устройство, корректирующие устройства и управляемые ключи (1).

Недостатками данной системы являются невысокое быстродействие и не" возможность реализации сложных вако« нов экстремального управления.

Наиболее близким к изобретению техническим решением является самоорганизующаяся система, содержащая ре- 2О гулятор, сумматор, вход которого соединен с входом системы, а выходс первым входом объекта управления, и последовательно соединенные уст2 ройство формирования критерия, экстремальное устройство и устройство управления переключением Г2 .

Недостатком известной системы является малое быстродействие из-за необходимости осуществления полного перебора возможных вариантов структуры системы с целью нахождения оптимального варианта, что при достаточно быстром изменении входного воздействия или возмущения сделает функ ционирование системы неэффективным.

Кроме того, вследствие произвольного, выбора порядка перебора вариантов, происходит беспорядочная смена состояний системы.

Недостатком известной системы является также то, что самоорганизацйя осуществляется только. за счет изменения внутренней структуры регулятора и не использована возможность изменения связей между регулятором, объектом управления и устройством формирования критерия, а также не3 938259 способность решения многокритериальных задач экстремального управления.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей и повышение быстродействия системы.

Поставленная цель достигается тем, что в нее введены анализаторы критериев и коммутационная матрица, пер" вая группа. входов которой подключена к выходам регулятора, вторая группа 10 входов -. к соответствующим выходам объекта управления, управляющие входы - к соответствующим выходам устройства управления и к первым входам соответствующих анализаторов крите- и риев, вторые входы которых соединены с выходом устройства формирования критерия, а выходы - с соответствующими входами второй группы устройства управления, причем первые щ выходы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам объекта управления, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами устройства формирования критерия, второй вход которого подключен к выходу экстремального устройства, а второй выход коммутационной матрицы соединен с вторым. входом сумматора, причем третьи входы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам регулятора.

Кроме того, устройство управления .содержит и блоков идентификации, первые входы которых подключены к соответствующим входам блока ранжировки и к входам устройства, вторые . группы входов - к выходам блока ранжировки и к выходам дешифратора, а выходы - к выходам устройства, .причем вторые группы выходов каждого предыдущего блока идентификации соединены с соответствующими входами третьйх групп последующего блока идентификации, Причем устройство формирования критерия содержит оптимизатор, выходы которого через соответствующие вычислительные блоки подключены к

50 входам блока выделения максимального значения, а первый и второй входы соединены соответственно с первым входом и выходом устройства, причем вторые выходы вычислительных блоков подключены к соответствующим входам

55 устройства, а выход блока выделения максимального значения - к выходу устройства, 4

Причем блок идентификации содержит элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом блока, и и логических блоков; первый вход каждого иэ которых подключен к первому входу блока, вторые и третьи входы - к соответствующим входам второй группы, четвертые входы - к соответствующим входам третьей группы, первые выходы - к соответствующим входам элемента ИЛИ, а вторые выходы - к соответствующим выходам второй группы выходов блока, причем третий выход первого логического блока соединен с пятым входом второго логического блока, а третий и четвертый выходы логических блоков с второго по (и-1) через соответствующие четвертые элементы И подключены к пятым входам каждого последующего логического блока.

Кроме того, логический блок содержит последовательно соединенные анализатор равенства критериев, первый элемент И и второй элемент И, выход которого подключен к первому выходу блока, первый вход через последовательно соединенные инвертор и третий элемент И - к второму выходу блока, а второй вход - к третьему входу блока, первый, второй, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым входом анализатора равенства критериев, с вторым входом анализатора равенства критериев, с вторыми входами первого и третьего элементов И и с третьим входом первого элемента И, причем выход инвертора подключен к третьему выходу блока, а пятый вход блока соединен с четвертым выходом блока.

На фиг. 1 изображена блок-схема самоорганизующейся системы; на фиг.2блок-схема устройства управления; на фиг. 3 - блок-схема блока идентификации; на фиг. 4 - блок-схема устройства формирования,:критерия.

Схема содержит сумматор 1, вход системы 2, объект 3 управления, регулятор 4, устройство 5 формирования критерия, экстремальное устройство 6, устройство 7 управления, анализаторы 8 -8„ критериев, коммутационную матрицу 9, входы 10 -1Оп уст" ройства управления, выходы 11 -11„ устройства управления, дешифратор 12, блоки 13 - 13, идентификации, блок 14 ранжировки, элемент ИЛИ 15, анализаторы 16„-16 „ равенства критериев, 5 9382 первые элементы И 171- 17 вторые— элементы И 18„-18„, инверторы 191-19п третьи элементы И 20„-20п,четвертые элементы И 211-21п, логические блоки 221-22п, блок 23 выделения мак- симального значения, вычислительные блоки 241-24 и оптимизатор 25, где

n - - число вариантов соединения; ;Sчисло частных критериев. функционирование системы осущест- 10 вляется следующим образом.

Пусть система находится в 3-м состоянии (1 4 ) < fl). Это значит, что на выходе 11 устройства 7 управле5 ния появился и поддерживается единичный управляющий сигнал, под действием которого коммутационная матрица 9 осуществляет перекоммутацию соответствующих входов и выходов сумматора 1, объекта 3 управления, элементов регулятора 4 и устройства

5 формирования критерия, которое формирует значение критерия следующим образом. Используя информацию, поступающую с соответствующих выходов объекта 3 управления, в вычислитель ных блоках 24 вычисляется значение соответствующего частного критерия S-, которое делится на соответствующее оптимальное значение крите- зо рия 5„,, поступающее на первый вход вычислительного блока 24 с соответствующего выхода оптимизатора 25. На выходе блоков 24 появляется величина

9„.

3S . опт1

Устройство 23 выделения максимального значения осуществляет выбор наибольшей из этих величин, которая 4в и выдается на выход устройства 5 формирования критерия в качестве значения критерия. Это значение поступает на вход экстремального устройства 6 и первые входы анализаторов

8,8п,,8п критериев, Под воздействйем управляющего сигнала с выхода

11. это значение критерия записывается в анализатор 8 критериев, выраj батывающий и запоминающий значение оценочной меры близости j --ro варианта соединения к оптимальному варианту соединения. Содержимое анализаторов 8 поступает на соответствующие входы 101-10„, устройства 7 управле55 ния, которое осуществляет переупорядочение варианта соединения в соответствии с полученной для каждого варианта оценочной мерой близости.

59 6

Это упорядочение осуществляется следующим образом.

Значения мер близости через входы 101-10 поступают на первые входы соответствующих блоков 13 -13 идентификации и соответствующие входы блока 14 ранжировки, которые осуществляют упорядочение величин мер близости так, что эти величины на выходах блока ранжировки образуют монотонную последовательность при последовательном изменении номеров с соответствующих выходов (располагаются в порядке возрастания или убывания}.

Упорядоченные значения мер близости с выходов блока 14 ранжировки поступАют на соответствующие входы второй группы входов блоков индентификации 13 -13, которые устанавливают взаимно-однозначное соответствие между величинами мер близости на входах и выходах блока l4 ранжировки, тем самым устанавливая оценочный порядок смены состояний.

Для этого, например, в блоке 1Зу идентификации (1 < К < и) значение меры близости с выхода анализатора 8к сравнивается попарно с значениями мер близости на каждом из выходов блока

14 ранжировки.

Установление единственного равенства в данном блоке означает установление взаимно-однозначного соответствия. Если такое равенство в данном блоке не единственное (что может произойти из-за возможного равенства значений мер близости в разных состояниях}, фиксируется одно из этих равенств и за счет выработки соответствующего сигнала подавляются сигналы, соответствующие другим равенствам в этом блоке.

Кроме этого, за счет поступления сигнала с соответствующего выхода второй группы выходов блока 13 идентификации (li< х < n) в последующие блоки идентификации через соответствующий вход третьей группы входов бло" ка 13х+1, в этих блоках идентификации подавляются сигналы равенства, вызванные значением меры близости с уже идентифицированного в данном блоке идентификации выхода блока 14 ранжировки.

Число этих входов и выходов равно возможному числу равенства, т.е. равно и.

7 93825

При этом на выходе первого элемента И 17> блока 13> появится сигнал в соответствии с следующим выражением

"„ä= иач(в„,в„) (6„„5,0„b: где S> - величина меры близости на х-м .входе 10 устройства ранжировки;

S - величина меры бли J зости на у-м выходе блока ранжировки;

Е ® ) 1, если Бх = Sy 0, если S < Ф S

- значение сигнала на выходе анализатора 0 равенства критериев

16у блока 13к, V > - значение сигнала на выходе первого элемента 17 блока идентификации 13х, 01 - значение сигнала на выходе первого элемента И 17 блока 13„; — значейие сигнала .на выходе инвертора

19 6aotca 13х

0;„ — значение сигнала на выходе инвертора

19 блока 13 », 35 ц Q U 8» О„ — значение сигнала на выходе четвертого элемента И 21 блока 13х, 40

U„„ 1 0„ О„„- значение сигнала на

I выходе третьего элемента И 18 блока 13х-.1 °

Данное соотношение показывает, что для каждого значения х существует единственное значение 1, такое, что (j> > -= -1 и наоборот, для каждо1 го значения найдется единственное

50 значение х такое, что 0 х = 1, т.е. ! между х и устанавливается взаимнооднозначное соответствие. Одновременно значение критерия, поступающего с выхода устройства 5 формирования критерия поступает в экстремаль55 ное устройство 6, где сравнивается с предыдущим значением и, в зависимости от результата, вырабатывается

8 величина управляющего воздействия, которое поступает на вход 10 устройства 7 управления и на вход дешифратора 12.

На соответствующем а-м (1 (m< и ) выходе появляется сигнал, который поступает на m-e входы первых групп входов блоков 13 идентификации. Этот сигнал вызовет появление сигнала управления на выходе- 11 того из блоков 13, в котором установлено соответствие с сигналом m-го выхода блока 14 ранжировки. Таким образом, система переходит в новое состояние.

При достижении системой оптимального состояния, значение регулирующего воздействия с выхода экстремального устройства 6 поступает на первые входы устройства 5 формирования критерия и оптимизатора 25, в результате чего вырабатываются новые оптимальные значения частных критериев, достижение которых должно быть обеспечено за счет самоорганизации. Эти значения вырабатываются воздействием анализа значения критерия в достигнутом состоянии, поступающего на второй вход оптимизатора

25 с выхода блока 23 выделения максимального значения.

Увеличение быстродействия и расширение функциональных возможностей известного устройства за счет возможности самообучения и способности удовлетворять совокупности частных критериев расширяет область его применения. Например, система может функционировать в условиях быстрого изменения возмущающего воздействия, когда нельзя замерить несколько значений показателя качества при одйом и том же значении возмущеющего воздействия. Для этого необходимо, чтобы анализатор критериев мог и вычислять статистические характеристики случайного процесса, например математические ожидания значений критериев в соответствующих состояниях.

В случае отсутствия случайных помех функции анализатора критериев могут быть сведены лишь к записи и хранению соответствующих значений критерия. Система может быть использована в задачах оптимального проектирования, которые всегда являются многокритериальными.

Таким образом, применение предлагаемой системы "позволит получить оп938259 формула изобретения

1. Самоорганизующаяся система, содержащая регулятор, сумматор, вход которого соединен с входом системы, .а выход - с первым входом объекта уп- о равления, и последовательно соединенные устройство формирования. критерия, экстремальное устройство и устройст-, во управления, о т л и ч а ю щ а яс я тем; что, с целью расширения функциональных возможностей и повышения быстродействия системы, в нее введены анализаторы критериев и коммутационная матрица, первая группа входов которой подключена к выходам zo регулятора, вторая группа. входов - к соответствующим выходам объекта управления, управляющие входы — к соответствующим выходам устройства управления и первым входам соответст- 25 вующих анализаторов критериев, вторые входы которых соединены с выходом устройства формирования критерия, а выходы - с соответствующими входами второй группы устройства управ- зо ления, причем первые выходы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам объекта управления, выходы которого соединены с соответствующими первыми входами устройства формирования критерия, второй вход которого подключен к выходу экстремального устройства, а второй выход коммутационной матрицы соедине с вторым входом сумматора, при- 4в чем третьи выходы коммутационной матрицы подключены к соответствующим входам регулятора.

5. Система по и. 4, о т л и ч а ющ а я с я тем, что логический блок содержит последовательно соединенные анализатор равенства критериев, первый элемент И и второй элемент И, выход которого подключен к первому выходу блока, первый вход через последовательно соединенные инвертор и третий элемент И - к второму выходу блока, а второй вход - к третьему входу блока, первый, второй, четвертый и пятый входы которого соединены соответственно с первым входом анализатора равенства критериев, с вторым входом анали атора равенства критериев, с вторыми входами первого и третьего элементов И и с третьим входом первого элемента И, причем выход инвертора подключен к третьему выходу блока, а пятый вход блока соединен с четвертым выходом блока. ределенный технико-экономический эффект.

2. Система по и. 1, о т л и - ч а ю щ а я с я тем, что устройство управления содержит и блоков идентификации, первые входы которых подключены к соответствующим входам блока ранжировки и к входам устройст- .

50 ва, вторые группы входов - к входам блока ранжировки и к выходам дешифЮ ратора, а выходы — к выходам устройства, причем вторые группы выходов каждого предыдущего блока идентификации соединены с соответствующими входами третьих групп последующего блока идентификации.

3. Система по и. 1, о т л ич. а ю щ а я с я тем, что устройство формирования критерия содержит оптимизатор, выходы которого через соответствующие вычислительные блоки подключены к входам блока выделения максимального значения, а первый и второй входы соединены соответственно с первым входом и выходом устройства, причем вторые входы вычислительных блоков подключены к соответствующим входам устройства,.а выход блока выделения максимального значения - к выходу устройства.

4. Система по и. 2, о т л ич а ю щ а я с я тем, что блок идентификации содержит элемент ИЛИ, выход которого соединен с выходом блока, и и логических блоков, первый вход -каждого из которых подключен к первому входу блока, вторые и третьи входы - к соответствующим входам второй группы, четвертые входы — к соответствующим входам третьей группы, первые выходы — к соответствующим входам элемента ИЛИ, а вторые выходы - к соответствующим выходам второй группы выходов блока, причем третий выход первого логического блока соединен с пятым входом второго логического блока, а третий и четвертый выходы логических блоков с второго по (n-1) через соответствующие четвертые элементы И подключены к пятым входам каждого последующего логического блока.

938259

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Юревич Е.И.Теория автоматического регулирования. Л., "Энергия", 1975, с. 247.

12

2. Самонастраивающиеся системы.

Справочник под ред. П.И. Чинаева, Киев, "Наукова думка", 1969, с. 447 (прототип)..938259

Фиг. г

Составитель С. Дунаев

Техред Л. Пекарь

Редактор А. Шандор

Корректор В. Бутяга

Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Заказ 4464/72

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