Адаптивное устройство для идентификации линейных объектов

 

Союз Советскнк

Социалистических

Республик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТ8У (6l) Дополнительное к авт. свил-ву (51)М. Кл. (22)Заявлено 09.01.81 (2!) 3234153/18-24

G 05 В 13/02 с присоединением заявки М Ьоударстоеиый комитет

СССР по делам изо4ретений и открытий (23) Приоритет

Опубликовано 07. 09.82. Бюллетень J433 (53) УДК 62-50 (088.8) Дата опубликования описания 10.09 ° 82 (72) Авторы изобретения

О.А. Асеев, А.И. Галушко и Л,В, Колосов (71) Заявитель (54) АДАПТИВНОЕ УСТРОЙСТВО ДЛЯ ИДЕНТИФИКАЦИИ

ЛИНЕЙНЫХ ОБЪЕКТОВ

Изобретение относится к управлению стационарными объектами и может найти широкое применение при проектировании и испытаниях различных систем и объектов.

Известно устройство для идентификации линейных объектов, содержащее сумматоры, блоки умножения, деления и блоки памяти (1) .

Недостатком этого устройства явля. ется низкая точность идентификации при действии помex.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому устройству является устройство, содержащее первый блок памяти> последовательно соединенные первый блок оперативной памяти, первый блок умножения, первый сумматор, первый блок деления, второй блок умножения, второй сумматор, второй блок оперативной памяти, третий блок умножения, третий сумматор и четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения и с первым входом первого блока умножения, третий вход - с выходом первого бло5 ка деления, а выход - с вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом второго блока оперативной памяти и с вторым входом второго блока умножения, второй выход первого блока оперативной памяти подключен к второму входу третьего сумматора, а первый и второй входы - соответственно к входу и выходу объекта, выход первого блока памяти соединен с третьим входом второго блока умножения, с вторым входом первого сумматора (2) .

Известное .устройство проводит

2о идентификацию по формуле

x(k+1) = x(k)-g(k+1)R,x(k) +

+g(k+1)F (k+1)Q " (y(k+1)

F (k+1) х(k)), 957168

1О где x(k) - сценка вектора идентифицируемых параметров объекта íà k-м шаге;

R - обратная априорная диспер-1 о ,сионная матрица вектора идентифицируемых параметров объекта;

Q — обратная дисперсионная матрица вектора помех измерений;

F(k) - матрица размера (р и), формируемая из значений входных и выходных сигналов объекта идентификации согласно формуле 15

F (k) = (у (k),у (k- l ),...,у (k-n „-1);

U (k-.1), U (k-2),..., U (k-п2) ) > где U(k) - значение входного сигнала;

y(k) - значение выходного сигнала; го ((k) - некоторая числовая последовательь ност ь.

Его недостатком является то, что дисперсионная матрица вектора помех измерений задается постоянной для ece4S

ro интервала наблюдений. Однако в большинстве практических случаев характеристики помех измерений на интервале наблюдений меняются весьма значительно, Поэтому погрешность задаЗО ния дисперсионной матрицы вектора помех измерений ухудшает точность идентификации и может привести к смещенным оценкам идентифицируемых параметз ров объекта.

Цель изобретения - повышение точности идентификации, Поставленная цель достигается тем, что устройство содержит второй блок памяти, третий блок оперативной па- (О мяти, пятый и шестой блоки умножения, четвертый и пятый сумматоры и последовательно соединенные седьмой блок умножения, шестой сумматор, второй блок деления и четвертый блок оперативной памяти, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения и к четвертому входу четвертого блока умножения, выход шестого сумматора через третий блок оперативной памяти соединен с вторым своим вхо" дом, выходы пятого и шестого блоков умножения подключены соответственно к первым и вторым входам четвертого и пятого сумматоров, выходы которых

SS соединены соответственно с первым и вторым входами седьмого блока умножения, первые входы пятого и шестого блоков умножения подключены соответИзвестно, что дисперсия помехи по полному объему выборки может быть вычислена по формуле () !(-r

N-г (2)!;H где Р у дисперсионная матрица вектора помех измерений; г-я конечная разность вектора измерений; порядок конечной разности; число точек съема информации в полном объеме выборки. г

Предполагая характеристики помех измерений неизменными только на некотором ограниченном интервале наблюдений и вводя обозначение

- (-1)" () (2m+ ) ) (2 г ) ) j! (r - j )! получим рекуррентное соотношение

Q<(k+1)=Q,(k)+jQ, fy,(1 ) ;-е

+ у (k-(n+ j ) . ственно к третьему и четвертому выходам первого блока оперативной памяти, а вторые - к выходу второго блока памяти.

Это позволяет на каждом шаге оценивания осуществлять уточнение дисперсионной матрицы вектора помех измерений и отслеживать изменение статистических характеристик вектора помех измерений по мере поступления информации и учитывать эти изменения в процессе идентификации. За счет этого достигается повышение точности оценки идентифицируемых параметров объекта. устройство осуществляет оценку идентифицируемых параметров объекта по формуле

x(k+1)=-x(k)„-g(k+1) R x(k) +

+g(k+1) F" (k+1) Q (к+1) (y(k+1)

F (k+1) x(k)), где Ц (k+1) - обратная дисперсионная матрица вектора помех измерений на k+1 шаге оценивания;

f(k+1) — некоторая числовая последовательность, вычисляемая по формуле

= liR,+F (k+1)Q (k+1)F(k+1)tj

9571

В предлагаемом устройстве реализуется операция вычисления дисперсионной матрицы вектора помех измерений по результатам и змерени й, которая используется при определении убываю- s щей числовой последовательности алгоритма идентификации. Таким образом, устройство идентификации корректирует свои параметры в соответствии с уровнем помех в канале измерения выходно-10 го процесса объекта идентификации.

Это позволяет считать предлагаемое устройство адаптивным.

На фиг. 1 приведена функциональная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — функциональная схема блока расчета дисперсии.

Вход и выход объекта идентификации 1 соответственно шинами 2 и 3 соединены с первым блоком оперативной20 памяти 4. Первый блок оперативной па" мяти 4 шиной 5 соединен первым, четвертым и третьим с блоками умножения 6-8, шинами 9 и 10 с блоком расчета дисперсии 11 и шиной 12 с треть- И им сумматором 13..Блок расчета дисперсии 11 шиной 14 соединен с первым и четвертым блоками умножения 6 и 7.

Первый блок умножения 6 шиной 15 соединен с первым. сумматором 16. Первый ЗО блок памяти 17 шиной 18 соединен с первым сумматором 16 и вторым блоком умножения 19. Первый сумматор

16 шиной 20 соединен с первым блоком деления 21, который шиной 22 соединен с четвертым и вторым блоками умножения 7 и 19. 4етвертый блок умножения 7 шиной 23 соединен с вторым сумматором 24, а второй блок умножения 19 шиной 25 соединен с вычитающим входом второго сумматора 24, Второй сумматор 24 шиной 26 соединен с вторым блоком оперативной памяти 27, одновременно шина 26 является выходом устройства идентификации. Второй блок оперативной памяти 27 шиной

28 соединен с третьим и вторым блоками умножения 8 и 19 и вторым сумматором 24. Третий блок умножения 8 ши. ной 29 соединен с вычитающим входом третьего сумматора 13, который шиной

30 соединен с четвертым блоком умножения 7.

Шины 9 и 10 соединяют соответст" венно пятый и шестой блоки умножения

31 и 32 с первым блоком оперативной памяти 4. Второй блок памяти 33 шиной 34 соединен с пятым и шестым бло:ками умножения 31 и 32. Пятый блок

68 d умножения 31 шиной 35 соединен с четвертым и пятым сумматорами 36 и 37.

Шестой блок умножений 32 шиной 3 соединен с вторым входом четвертого сумматора 36 и вычитающим входом пятого сумматора 37. Четвертый и пятый сумматоры 36 и 37 соответственно шинами 39 и 40 соединены с седьмым блоком умножения 41, который шиной 42 соединен с шестым сумматором 43. Шестой сумматор 43 шиной 44 соединен с вторым блоком деления 45 и третьим блоком оперативной памяти 46. Третий блок оперативной памяти 46 шиной 47 соединен с шестым сумматором 43. Второй блок деления 45 шиной 48 соединен с четвертым блоком оперативной памяти 49, который шиной 14 соединен с первым и четвертым блоками умножения 6 и 7.

Устройство работает следующим образом.

Во второй блок памяти 33 записываются предварительно рассчитанные по данным о величине интервала сглаживания m и порядке конечной разности r коэффициенты а согласно формулы а =(-1) (г )

0,1,...,r.

В третий блок оперативной памяти 46 записывается априорная дисперсионная матрица вектора помех измерений Q.

Сигналы с входа и выхода объекта идентификации 1 по шинам 2 и 3 записываются в регистры первого блока оперативной памяти 4. Как только в первом блоке памяти 4 будет накоплено (1+r+m) значение входных и выходных сигналов, устройство начинает оценивать идентифицируемые параметры объекта, t е. оценивание осуществляется с запаздыванием на (1+г+т) тактов. Сформиро ванная в пер вом блоке оперативной памяти 4 матрица F(k+1) по шине 5 поступает в блоки умножения 6-8. Кроме того, значения выходных сигналов y(k+m+J+1) по шине 9 и

y(k-m+j) по шине IO из соответствующих регистров первого блока оперативной памяти 4 поступают в блок расчета дисперсии 11 на пятый и шестой 5поки умножения 31 и 32. Из второго блока памяти 33 по шине 34 в блоки умножения 31 и 32 поступают значения коэффициентов а1. Блоки умножения 31 и

32 формируют произведения а, y(k+m +

7 957

+j+1) и à y(k-m+j ), Значение а ° y(k+

+m+j+1) из блока умножения 31 по шине 35 поступает на суммирующие входы сумматоров 36 и 37. Значение а 1 y(k-m+j) иэ блока умножения 32 по шине

38 поступает на второй суммирующий вход сумматора 36, где формируется значение у а (y(k+m+j+1)+y(k-m+j)), 1=О 1Ю и вычитающий вход сумматора 37, где

)з формируется она ение т à (y(k+m+jt() ео

y(k-m+j)) . Полученные значения из 1з сумматоров 36 и 37 по шинам 39 и 40 поступают в блок умножения 41, где формируется их произведение, Полученное произведение из блока умножения

41 по шине 42 поступает в сумматор

43. Сюда же из блока оперативной памяти 46 по шине 47 подается значение априорной дисперсионной матрицы вектора помех измерений Q. Сумматор 43 формирует значение дисперсионной.матрицы вектора помех иэмерени" Q(k+1) которое по шине 44 подается в блок оперативной памяти 46 и записывается вместо априорных данных для использования на следующем шаге вычисления дисперсионной матрицы. Значение матрицы Q(k+1) по шине 44 подается также в блок деления 45. Так как дисперсионная матрица имеет диагональный вид, то для получения обратной дисперсионной матрицы необходимо и достаточно диагональные элементы мат рицы заменить их обратными значениями. Сформированнная в блоке деления

45 обратная дисперсионная матрица о вектора помех измерений по шине 48 записывается в блок оперативной памяти 49. Значение обратной матрицы а (k+1) из блока оперативной памяти

-1

49 по шине 14 подается на блоки умножения 6 и 7. блок умножения 6 фор43

, мирует произведение F (k+1 ) Q (k +

+l)F(k+1), которое по шине 15 посту-, пает на сумматор 16; Из блока памяти

l7 по шине 18 значения априорной дисS0 персионной матрицы вектора идентифицируемых параметров объекта R „, поступают на сумматор 16 и блок умножения 19, Сумматор 1Ь формирует норму матрицы () к .+F (k+1) Q (k+1)F(k+

+ 1))!, равную сумме модулей .всех эле-SS ментов матрицы. Полученная норма матрицы из сумматора 16 по ))ине 20 поступает в блок деления 21, где фор168 8 мируется значение g(k+1), равное ((l R +F (1<+1)(} " (k+1)F(k+1)ll)

Значение 1((к+1) по шине 22 поступает в блоки умножения 7 и 19. В блок умножения 19 по шине 28 из блока оперативной памяти 27 поступает значение оценки параметров объекта идентифии кации x(k), вычисленное на предыдущем такте. Таким образом, в блоке умножения 19 вычисляется значение

g(k+1)R x(k), которое по шине 25 поступает на вычитающий вход сумматора

24. С. блока оперативной памяти 27 значение оценки x(k) по шине 28 подается в блок умножения 8, где формируется значение F(k+1)x(k). Это значение по шине 29 поступает на вычитающий вход сумматора 13, на суммирующий вход которого по шине 12 из блока onеративной памяти 4 подаются значения выходного сигнала y(k+1).

И сумматор 13 формирует значение

fy(k+1)-F(k+1) x(k)) которое по шине 30 подается в блок умножения 7.

Блок умножения 7 формирует значение

g(k+1) F (k+1) Q " (k+1) ° fy(k+1)-F(k +

+1)x(k)j, которое по шине 23.подается на суммирующий вход сумматора 24, на второй суммирующий вход сумматора 24 по шине 28 подается значение л оценки x(k) из блока оперативной памяти 27. Таким образом, сумматор 24 формирует значение вектора оценки идентифицируемых параметров объекта, равное на k+1 шаге

x(k+1)=x k) )(k+1) R " х(k)

+)((k+1)F (k+1)() (k+1)(у(k+1)

F (k+1) x(k)), В отличие от известного предлагаемое устройство позволяет на каждом шаге оценивать статистические характеристики помех измерений и тем самым исключить методические ошибки .оценивания, связанные с неточностью задания априорной ди спер сионной ма трицы вектора помех измерений. Кроме этого, исключается возможность получения смещенных оценок идентифицируемых параметров объекта из-.за неточного задания дисперсионной матрицы вектора помех измерений.

Поэтому можно считать, что оценки параметров идентифицируемого объекта, полученные с помощью предлагаемого устройства, являются более точными, чем оценки, полученные с помощью известного устройства.

Формула изобретения

9571

Адаптивное устройство для идентификации линейных объектов, содержащее первый блок памяти, последовательно соединенные первый блок оперативной памяти, первый блок умножения, первый сумматор, первый блок деления, второй блок умножения, второй сумматор, второй блок оперативной памяти, третий блок умножения, третий ,сумматор и .четвертый блок умножения, второй вход которого соединен с вторым входом третьего блока умножения и с первым входом hepeoro блока умножения,третий вход - с выходом первого блока деления, а выход - с вторым входом второго сумматора, третий вход которого соединен с выходом вто рого блока оперативной памяти и с вторым входом второго блока умножения, второй выход первого блока oheративной памяти подключен к второму входу третьего сумматора, а первый и второй входы - соответственно к входу и выходу объекта, выход первого блока памяти соединен с третьим входом второго блока умножения, с вторым входом первого сумматора, 6 тл и ч а.ю щ е е с я тем, что, с З6 целью повышения точности устройства, оно содержит второй блок памяти, 68 10 третий блок оперативной памяти, пятый и шестой блоки умножения, четвертый и пятый сумматоры и последовательно соединенные седьмой блок умножения, шестой сумматор, второй блок деления и четвертый блок оперативной памяти, выход которого подключен к второму входу первого блока умножения и к четвертому входу четвертого блока умножения, выход шестого сумматора через третий блок оперативной памяти соединен с вторым своим входом, выходы пятого и шестого блоков умножения подключены соответственно к первым и-вторым входам четвертого и пятого сумматоров, выходы которых соединены соответственно с первым и вторым входами седьмого блока умножения, первые входы пятого и шестого блоков умножения подключены соответственно к третьему и четвертому выходам первого блока оперативной памяти, а вторые - к выходу второго блока памяти .

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2600599/18-24, кл. G 05 8 13/02, 1978.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке N 2884841/18-24, кл. G 05 В 13/02, 1980 (прототип).

957168

Составитель В. Кузин

ТехРеа И.Тепер

Корректор Г. Orap фактор р. Цицика

Тираж 914 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5 аказ 6597/36

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