Многоканальный автоматический оптимизатор

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Ссноз Советскнк

Соцналнстнческнк

Республнк

< т>949634 (61) Дополнительное к авт. сеид-ву

{э1} М. Кп. (22) Заявлено18.09.80 (21) 2985970/182 с присоединением заявки Йо (i 05 Н ) 3/p7

Госуларствеииый комитет

СССР

fIo лелам изооретеиий и открытий (23) Приоритет (53) УДК 82-50 (088.81

Опубликовано 07.08.8?. Бюллетень М929

Дата опубликования описания 07..08. .82

М.Я.Авхач, И.А.Краснов, A.А.Игнатотв В.ДтКудрявцев (72) Авторы изобретения

- и., т (71) Заявитель

Ленинградский ордена Трудового Крас институт водного транспорта (511 МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ ОПТИМИЗАТОР

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано для выбора оптимальных значений параметров комплектующих 5 элементов различных объектов, обеспечивающих максимальный запас работо- . способности или максимальную серийнопригодность.

Известны маногоканальные автоматические оптимизаторы, ссдержащие модель схелты, исполнительное устройство, блоки проверки ограничений и экстремума, блоки анализа, выбора экстремального направления и организации движения, измерения и управления,использующие операторы чувствительности (градиентные способы) для поиска экстремальных значений параметров C1), Недостатком данных оптимизаторов являются ограниченные функциональные воэможности из-за непригодности их использования для определения таких значений параметров при которых оптимизируемый объект обгтадает максимальной работоспособностью или максимальной серийнопригодностью. Это объясняется тем, что функция — запас работоспособности — «e имеет явного аналитического выражения, ее невозможно измерить непосредственна и ее значение зависит от многих функций качества, характеризующих работоспособность объекта.

Наиболее близким к предлагаемому является многоканальный автоматический оптимизатор, содержащий многомерный регистр памяти, последователььо соединенные многомерный преобразователь код-аналог, многомерный объект оптимизации и одновременный блок измерения функции качества, последовательно соединенные блок управления, генератор тактовых импульсов и реверсивный счетчик, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к первому входу многомерного регистра памяти (2) .

Недостатком данного оптимизатора являются ограниченные функциональные возможности из-за невозможности его применения для определения таких значений параметров, при которых объект оптимизации Ьбладал бы максимальным запасом работоспособности или максимальной серийнопригодностью.

Цель изобретения — расширение функциональных воэможностей.

Указанная цель достигается тем, что оптимизатор содержит многот а 949634 рядный регистр сдвига, блок деления, блок вычисления, блок переключений и последовательно соединенные многомерный блок измерения функции качества и логический блок, соединенный вторым входом с выходом одновременно блока измерения функции качества, третьим входом — с первым выходом реверсивного счетчика, а выходом— с первым входом блока управления,подключенного четвертым выходом к входу реверсивного счетчика, подключенного вторым выходом через блок деления ко второму входу многомерного регистра памяти, третьим входом с нулевым многомерным выходом многоразрядного регистра сдвига, четвертым входом — с выходом многомерного регистра памяти и входом блока вычислений, а выходом — с многомерным преобразователем код-аналог, выход много- 2Q разрядного регистра сдвига подключен к пятому выходу блока управления, соединенного шестым выходом со вторым входом блока .вычислений, а вторым входом — с выходом блока вычислений, многомерный выход многомерного объекта оптимизации подключен ко входу многомерного блока измерения функций качества.

На фиг. 1 приведена блок-схема мноЗО гоканального автоматического оптимизатора; на фиг. 2 — блок-схема блока переключений многоканального автоматического оптимизатора; на фиг.3 график, поясняющий процесс оптимиза- 35 ции на максимум запаса работоспособности или максимум серийнопригодности.

Многоканальный автоматический оптимизатор (фиг. 1) содержит блок 1 управления, генератор 2 тактовых им- 40 пульсов, реверсивный счетчик 3, многоразрядный регистр 4 сдвига, многомерный регистр 5 памяти, блок 6 вычислений, блок 7 переключений, многомерный преобразователь код-аналог 8, 45 многомерный объект 9 оптимизации, одновременный блок 10 измерения функ-. ции качества, многомерный блок 11 измерения функции качества, логический блок 12, блок 13 деления.

Блок 7 переключений (фиг. 2) содержит многомерные двухвходовые элементы И 14 и 15 и элемент ИЛИ 16, при ртом выходы многомерных элементов И 14 и 15 соединены с соответст- 55 вуннфми входами многомерного элемента ИИИ 16, ко входам многомерного элемента И 14 подключены второй выход счетчика 3 и единичный многомерный выход многоразрядного регистра 4 сдвига, 60 ко входам многомерного элемента И 15 подключены нулевой многомерный выход многоразрядного регистра 4 сдвига и выход многомерного регистра 5 памяти, выходом блока 7 переключений явля-65 ется выходом многомерного элемента

ИЛИ 16.

Многоразрядный регистр 4 сдвига может быть реализован на I-К триггерах. Тогда каждый .триггер будет представлять отдельный разряд данного регистра сдвига. Единичным и нулевым многомерными выходами регистра

4 сдвига будут являться соответственно единичные и нулевые выходы всех триггеров.

Блок 6 вычислений предназначен для запоминания координат двух отображающих точек, вычисления расстояния между ними и сравнения этого расстояния с допуском. При этом под отображающей точкой понимается комбинация значений оптимизируемых параметров

7 = (Х,,Х,...Х;...X„) при которых производится вычисление функций качества.

Диапазон изменения реверсивного счетчика 3 должен соответствовать в нормированных единицах диапазону изменения каждого оптимизируемого параметра.

На фиг. 3 и далее по тексту приняты следующие обозначения: Х„ — текуцее значение i-го (i-Т,п) ойтимизируемого параметра n — число оптимизируемых параметров; Q ;Ä,Q» Ä(j=

Г,n) — соответственно минимальное и максимально допустимые значения

j-й функций качества; m — число функций качества; Q (Х) — текущее значение j-й функций качества; Р область допустимых значений оптимизируемых значений, определяемая неравенствами

Х„„„. 6 Х„ «6 Х„„(1=1,п) где Х;;„, Х„„- соответственно минимальное и максимальное допустимые значения n-ro оптимизируемого параметра, G - j-ая область работоспособности, под которой понимается множество значений оптимизируемых параметров, при которых выполняются неравенства (1)

Q3min(Q» (X) — Q»l„ax при условии, что Х Е Р.

G =,»» G - область компромиссов, К «4

» 4 под которой понимается множество значений оптимизируемых параметров, при которых выполняются все неравенства (2), Qjmln Я» (Х) Ч» тих (2) при условии, что Х б Р.

Оптимизатор работает следующим образом.

949634

Минимальный запас работоспособ ности объекта определяется.по формуле

min ({) (X; Х ()

«Х,Е С„Ь„

X Г„ (3) 5 где G zz — внутренние точки области Gl, - граничные точки области; (()(Х,X ) - методика, т.е. расстояние между двумя отображающими точками Х и X.

При оптимизации требуется максими». эировать выражение (3), т.е.

max min 15

Х Х ) (4) q(ХЕСз„Х е Г

Решение данной задачи осуществляется итеративным методом. Вначале задают исходный вектор оптимизируемых параметров

3(тем íà r-м этапе оптимизации после-25 довательно, начиная с первого, изменяют значение i-го оптимизируемого параметра от Х,z, äo Х eoxnpи постоянстве всех других оптимизируемых параметров. При этом непрерывно вы- 3О числяются все функции качества объекта и проверяется выполнение системы неравенств (2). При изменении i-,ro параметра фиксируются два его значения Х " и Х; „ -максимальное и мини-35 и) )) мальное граничные значения i-ro оптимизируемого параметра на г-м этапе оптимизации, при которых отображающая точка лежит на границе Г области компромиссов G„ После определения значений Х „ и Х;„, „ переходят к О (P) r) (т()) «9 (г) определению значений Х„„;„и

При этом г-е значение 1-го оптимизируемого параметра устанавливается равным .(г) () ). + 5» (X(,)) )) + Х(еах )

В общем случае п()оцесс изменения оптимизируемых параметров осуществля ется в следующем порядке: х х .х .х х Х Х; .х5О

1этап оптимизации П этап оптимизации

Момент прекращения процесса оптимизации определяется на 4 --м этапе 55 тогда, когда расстояние ) между отображающими точками после 4 -ro и (9 -1)-ro этапов оптимизации меньше заданного зод .

Зля измерения расстояния между двуЯ) мя отображающими точками Х и Х . мо жет быть использована, например, метрика следующего вида где Х;,Х; — i е координаты точек

ХиХ;

1 A - -масштабныЯ множитель, с помощью которого учитывают разную размерность координат точек Х.

Если (7 > З0,д, то процесс оптимизации циклическй повторяют. Если 4(1од, го процесс оптимизации заканчивается.

Пусть многомерный объект 9 оптимизации характеризуется функциями ка— чества Я ((= 1 m ) в т.ч. вида данет. В одномерный блок 10 измерения функции качества записывают минимальное и максимальное допустимые значения первой функции качества Q,m,n и (О, д„, в многомерный блок 11 измерения функций качества записывают минимальные и максимальные допустимые значения (m=1) функций качества.

В многомерный регистр 5 памяти записывают исходные значения оптимизиру=(0) (ol (о) ()) емых параметров Х =(Х„,Х,...,X., :..Х0) е G < (фиг.3).В блок 6 вычислений вводят число Од. Выходные скгналы многомерного регистра 5 памяти подаются на соответствующие входы блока 6 вычислений и многомерного элемента И 15 блока 7 переключений.. .По команде с шестого выхода блока

1 управления блок 6 вычислений фиксирует координаты точки X, а по (0) команде с пятого выхода блока 1 управления в многоразрядном регистре 4 сдвига возбуждается первый разряд.

Сигналы с единичного, нулевого многомерных выходов многоразрядного регистра 4 сдвига подаются на соответствующие входы многомерных элементов

И 14 и 15 блок 7 переключений и многомерного регистра 5 памяти. Эатем по команде с первого выхода блок 1 управления запускает генератор 2 тактовых импульсов, сигналы которого подаются на суммирующий вход реверсивного счетчика 3, изменяя его состояние. Выходные сигналы счетчика 3 со второго выхода подаются на соответствующие входы многомерного элемента И 14 блока 7 переключениЯ и блока

13 деления с коэффициентом 2 деления, выходной сигнал которого подается на второй вход многомерного регистра 5 памяти. При этом в блоке 7 переключений только на входах первого элемента И многомерного элемента И 14 сигналы равны единице. Тогда выходной сигнал первого элемента И многомерного элемента И 14 через многомерный преобразователь код-аналог

& подается на вход многомерного объекта 9 оптимизации, в котором изменяется значение параметра Х, от

Х,щ,„до Х,„, „, а параметры Х0,... Х;

X „ имеют соответственно значения Х,...Х, ... Х"„, . При изменении параметра Х изменяется и состояние

949634 объекта 9. В каждом новом состоянии многомерного объекта 9 оптимизации в одномерном блоке 10 измерения функции качества и в многомерном блоке

11 измерения функций качества производится измерение и сравнение текущего значения функции качества (> (Х) ( с заданными О „,„„ и (1(„„,„. Если выполняются условия (2), что сигналы на выходах одномерного блока 10 измерения функции качестна и многомерного 1О блока 11 измерения функции качества сигнал ранен единице, если не выполняется, то — нулю. Выходные сигналы с выходов блоков 10 и 11 подаются иа первый и второй входи логического 15 блока 12.

Если при изменении первого оптимизируемогo t!ap

Х,„„„до X(„ „ânåðíü(å ири Х, = Х (11 (Х =- Х, Х „.= Х „на выходах одномерного блок<- 10 измерения функции качества t(многомерн(>го блока 11 измерений функций качества passe единице, то отображающая точка находится в области (1 (<, (фиг. 3) (i(яется сигнал, которь(й подается на первый вход блока 1 управления. Ilo этой команде блок 1 управления останавливает генератор 2 тактовых импульсов, по сигналу с третьето выхода записывает черсз блок 13 деления н многомерный регистр 5 памяти седок>жимое ренерсив(1 ного счетчика 3, т.е. число Х.,„ 1/2.

Зате t по сигналу с первого выхода блока 1 чиоавления ннг>нь запускается генератор ? тактовых импульсов, сигналы которг>гo подаются на суммирующий вход реверсивного с етчикa 3, изменяя его состояние.

I 40

Аналогично изменяется и состояние многомерного объек,"а 9 оптими(11 зации. Если при X. = Х(и„и+ Ь Х„ изменения первого оптимизируемого 4 пак>аметк>а, соотнетстн.к;ее з<(писи единицы B DF. нерсивнь(й счетчик 3, не чдовлетнок>яется хотя (>((одно иэ неравенства (1) (т.е. отображающая точка вышла из области (i(,.1, то на выходе блока 12 управления появляется сигнал. По данному сигналу блок

1 управления oc .òa((àâëèâaåò генераток тактовых импульсов, по сигналу со второго выхода блока 1 управления иэ

« содержимого реверсивного счетчика 3 >-> вычиТается, ио сигналу с третьего ныхода(увеличинается солержимое многомерного регистра 5 памяти на величину

Х((и(,„1/2, по сигналу с четвертого выхода содержимое реверсивного счетчика 3 об.60 нуляется. Тогда в многомерном регистре

5 памяти эаписыва тся следу((>щие числа !

1 . ! >! З<> (aj

Х = О ". I X < Х 1 - 1 Х X П<зк ™<з

У ((11<1! . (1(yj< > 1 1 (! этого по си(-иа((у (. пятого выхода блока 2 управ((ен((я в многора- рядном регистре 4 сдвига возбужлается его второА раэряе(.

Затем процесс поиска значения вт1.— рого оптимизируемого параметра Х =Х (11 находящегося на одинаковых рагстояниях от границы области работоспособности (1„, продолжается аналогично описанному выше.

После изменения всех л оптимизируемых параметров в конце первого этапа настройки н многомерном регистре 5 памяти записываются значения Х,, (1!

Х,...Х „! . По команле с шестого вйхода блок 1 управления блок 6 вычислений фиксирует данные координаты отобража(и(((ей точки Х, = (Х„, Х > ...Х 1 (фиг. 3), определяет расстоя и (С вЂ” (1! ние и между точками Х „ и X и сравнивает величину с заданной. Если то записанные н многомерном регистре 5 памяти значения оптимиэи(1 I руемых параметров Х являются оптимальными (фиг. 3). Если (+ 7 то блок 6 вычислений подает сигнал на второй вход блока 1 управления, и процесс поиска оптимальных значений оптимизируемых ttapaìåòðîâ продолжается аналогично.

Если п >и определенном значении Х равном Х, „ отображающая точка ! нходит н область компромиссов ((, (< 1 а при изменении Х; от Х„,„ло Х, она не н((ходит из области 6((т.е. когда область ((< примыкает к грани области Р, то содержимое реверсивного счетчика 3 является максимальнь(м и на его нервом выходе появляется сигнал, который подается на третий вход логического блока 12. При этом на выходе логического блока 12 появляется сигнал, который полается на первый вход блока 1 управлений.

Блок 1 чпоавлений подает командч на чвеличение содержимого многомерного регистра 5 памяти на величину.

Затем процесс оптимизации циклически повторяется.

В результате применения предлагаемого оптимизатора расширяются функциональные возможности за счет использования его для выбора таких параметров, при которых объект обладает максимальным запасом работоспособности или максимальной серийнопригодностью. При этом работоспособность объекта м(>1((1ò опреЛеляться многими функци>ми качества, н т.ч. и вида да-нет. Кроме того, повышается быстродействие процесса оптимизации эа счет исключения перебора всех состояний объекта оптимизации. формула изобретения

Многоканальный автоматический uitтимиэатор, солержащий многомерный

ð(<гистр памяти, последовательно со

949634

10 диненные многомерный преобразователь код-аналог, многомерный объект оптимизации и одномерный блок измерения функции качества, последовательно соединенные блок управления, генератор тактовых импульсов и ревер- 5 сивный счетчик, второй вход которого соединен со вторым выходом блока управления, третий выход которого подключен к первому входу многомерного регистра памяти, о т л и ч а ю -lO шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей оптимизатора, он содержит многоразрядный регистр сдвига, блок деления, блок вычисления, блок переклю- 15 чений и последовательно соединенные многомерный блок измерения функции качества и логический блок, соединенный вторым входом с выходом одномерного блока измерения функции качества, третьим входом - с первым выходом реверсивного счетчика, а выходом - с первым входом блока управления, подключенного четвертым выходом к третьему входу реверсивного счетчика, подключенного вторым выходом через блок деления ко второму входу многомерного регистра памяти и непосредственно к первому входу блока переключений, соединенного вторым вкодом с едийичным многомерным выходом многоразрядного регистра сдвига и третьим входом многомерного регистра памяти, третьим входом » с ну« левым многомерным выходом многоразрядного регистра сдвига, четвертым входом - с выходом многомерного регистра памяти и входом блока вычислений, а выходом - с многомерным преобразователем код-аналог: вход многоразрядного регистра сдвига подключен к пятому выходу блока управления, соединенного шестым выходом со вторым входом блока вычислений,а вторым входом — с выходом блока вычислений, многомерный выход многомерного объекта оптимизации подключен по входу многомерного блока измерения функций качества.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР

9 276523, кл. G 01 R 31/28, G 05 В 13/02, 1968 °

2, Авторское свидетельство СССР

В 515084, кл. G 05 В 13/02, 1973 (прототип).

949634

ЬиаМлока у 1т4Ф 1 х . х

1 1

Редактор Ю. Середа

Заказ 5753/38 Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Xl 3

/6У

Составитель И. Краснов

Техред К. Мыцьо Корректор С. Шекмар

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