Оптимизатор

 

ОП ИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕН ИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИ4ЕТЕЛЬСТВУ

Союз Соввтсиин

Сецналнстнчвсиин

Реслублни и>983650 (6! ) Дополнительное к авт. сеид-ву— (22) Заявлено 19,02.81 (2I ) 3250741/18-24 с присоединением заявки М (Sl)N. Кл. ф05 6 13 02

9вударстюай квинтет

CCCP нв делал нзебретеннй н открытий

\ (23) Приоритет= (53) УДК02-50, (088,8) Опубликовано 23.12.82. Бюллетень М 47

Дата опубликования описания 23. 12 . 82

И. А. Краснов, П. П. Кузьмин, М. Я. Авхач, и А. В. Саушев (72) Авторы изобретения

Ленинградский ордена Трудового Красного институт водного транспорта (7!) Заявитель (54) ОПТИМИЗАТОР

Успех оптимизации существенно завы сит от выбора длины шага при оптимизации, начально!о значения оптимизируемых параметров и от наличия и характера ограничений. Стационарная точка, в которой операторы чувствительности равны нулю, необязательно соответствует минимуму функции качества, она может соответствовать максимуму или быть седловой точкой. Данные устройства пригодны для оптимизации только дифференцируемых функций качества при фиксированных значениях условий эксплуатации и неоптимизируемых параметров и непригодны для определения оптимальных значений преде лов изменения максимально допустимых шагов квантования параметров настраи- . ваемых элементов, так как неизвестен вид зависимостей пределов изменения и максимально допустимых шагов квантова ния от параметров настраиваемых элемеи тов и эти зависимости нельзя определить непосредственно на техническом объекте.

Кроме того, значения пределов изменения данное устройство обладает следующими недостатками.

Изобретение относится к технической кибернетике и может быть использовано для определения оптимальных пределов изменения и максимально допустимых шагов квантования параметров настраиваемых элементов технических обьектов.

Известен оптимизатор, применяющий статический способ распознавания Р 1 g -.

В данном устройстве отсутствует критерий прекращения процесса оптимизации при использовании так называемого "сле» пого" поиска, аналогично способу перебора, такие устройства непригодны для оптимизации при варьируемых условиях эксплу-5 атации.

Известен также опгимизатор, применяющий поисковый способ с использованием операторов чувствительности (градиент ный способ) Г2 g .

Б.. КудрГв)»»

3 мени;

-» «7 и максимально допустимых шагов кванто/ вания параметров нестраиваемых элементов зависят от технологического разброса параметров комплектующих элементов и бт условий эксплуатации.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является оптимиэатор, coneðêàøèé .п реверсивных счетчиков, выходы которых через соответствующие преобразователи код-аналог 10 соединенш с соответствующими входами объекта оптимизации, к первым входам блоков измерения функций качества подключены соответствующие выходы объекта ,оптимизации, а ко вторым - соответствую-t5 шие первые выходы блока управления, второй выход когорого соединен с вторыми входами преобразователей код-аналог, третий выход - с первыми входами реверсивных счетчиков, четвертый выход — с управ- 20 ляющим входом генератора тактовых импульсов, соответствующие входы блока управления и элемента или соединены с соответствующими выходами блоков измерения функций качества, к соответст- 25 вуюшим входам блока варьирования параметров подключены выходы генератора импульсов и элемента ИЛИ, выходы блока варьирования соединены с вторыми входами соответствующих реве рсивных счетчиков, к входам блока памяти подключены. соответствующие выходы реверсивных счетчиков и блока управления, а выход блока памяти соединен с соответствующим .входом блока управления (3 } .

Недостатком данного оптимизатора является непригодность его для определения оптимальных значений пределов изменения и максимально допустимых шагов квантования параметров настраиваемых элемен40 тов.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей.

Укаэанная цель достигается тем, что в оптимизатор, содержащий последователь45 но соединенные блок управления, генера тор тактовых импульсов и блок варьирования параметров, выходы которого соединены через соответствующие реверсивные счетчики с первыми входами соответствующих преобразователей код-аналог

50 и с соответствуюшими первыми входами блока памяти, второй вход. которого подключен к второму выходу блока управления, соединенного третьим выходом с вторыми входами реверсивных счетчиков, четвертым выходом - с вторыми входами преобразователей код-аналог, пятым выходом через соответствующие блоки измерения критериев качества - с соответствующими входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу блока варьирования параметров, причем блоки измерения критериев качества подключены вторыми входами к соответствующим выходам объекта, а выходами - к соответ- . ствующим входам блока управления, выходы преобразователей код-аналог соединены с соответствующими первыми входами объекта оптимизации, введены вычислительный блок, блок задания критерия работоспособности, блок формирования тестовых сигналов, блок перебора реализаций и камеру испытаний, при этом третий вход ! блока памяти соединен с выходом элемента ИЛИ, а выход - с первым входом вычислительного блока, подключенного вторым входом к блоку задания критерия работоспособности, а выходом — через блок перебора реализаций - х второму входу объекта, блок управления подключен шестым выходом к входу блоха задания критерия работоспособности, седьмым выходом — к входу камеры испытаний, восьмым выходом через блок формирования тестовых сигналов — к третьему входу объекта, помещенного в камеру испьгганий, девятым выходом - к второму входу блока перебора реализаций.

На фиг. 1 изображена функциональная схема предлагаемого оптимизатора, йа фиг. 2 — 4 — принцип действия опти; мизатора.

Оптимизатор (фиг. 1) содержит и реверсивных счетчиков 1, преобразователей

2 код-аналог, объект 3 оптимизации, камеру 4 испьгганий, m блоков 5 измерения критериев качества, элемент ИЛИ 6, блок

7 задания критерия работоспособности, блок 8 перебора реализаций, блок 9 управления, генератор 10 тактовых импуль сов, блок ll формирования тестовъи сигналов, блок 12 варьирования параметров, блок 13 памяти, вычислительный блок 14, при этом выходы реверсивных счетчиков

1 через соответствующие преобразователи 2 код-аналог соединены с соответствующими первыми входами объекта 3 оптимизации, помещенного в камеру 4 испытаний, к первым входам ю блоков 5 измерений критериев качества подключены соответствующие выходы объекта 3 оптимизации, а к вторым — соответствующие первые выходы блока 9 управления, вт<>рой выход которого соединен с вторыми входами преобразователей 2 код-аналог, третий выход — с первыми входами реверсивных счетчиков 1, четвертый выход5 98Ì с управляюшим входом генератора 10 тактовых импульсов, пятый выход - с входом блока 7 задания критерия работоспособности,: шестой выход - с входом блока

11 формирования тестовых сигналов, седьмой выход - с входом блока 8 пере» бора реализаций, восьмой выход - с вхо дом камеры 4 испытаний, соответствую щие входы.блока 9 управления и элемента .

ИЛИ 6 соединены с соответствующими»0 выходами блоков 5 измерения критериев качества, к соответствуюшим входам блока 12 варьирования параметров подключены выход генератора 10 тактовых импульсов и выход элемента ИЛИ 6, вь»хоДы»5 блока 12 варьирования параметров соединены с вторыми входами соответствуюших реверсивных счетчиков 1, к входам блока

13 памяти подключены выходы реверсивных счетчиков 1, девятый выход блока щ

9 управления и выход элемента ИЛИ 6,. выход блока 1 3 памяти соединен с первым входом вычислительного блока 14, к второму входу которого подключен выход блока 7 задания критерия работоспосо6- 25 ности, выход блока 8 перебора реализаций и выход блока 11 формирования тестовых сигналов подключены к соответствующим входам объекта 3 oIITHMHGGIIHH, выход вы. чйслительного блока 14 соединен с вторым зэ входом блока 8 переборе реализации.

На фиг. 2-4 и далее по тексту приняты следующие обозначения: Х„(1= 1;»1}текущее значение параметра ф-ro настраиваемого элемента; n — число настраивае-З мых элементов обьекта; G .- -ая область

- э работоспособности для».».-го комплекта активных элементов и номинальных значений параметров пассивных ненастраиваемых элементов, под которой понимается множество значений параметров настраи» ваемых элементов, при которых выполняется условие

81щ1П <8 (Х) -<63 Х (1)

45 где 8> (>) - текушее значение j -го критерия качества; . ,Я ° »()=1,»11)- соответственно ,»»111»1» j»1»à» минимальное и. максималь ное допустимые значения (-)»-го критерия, качества, G,(» — области работоспособности технического объекта соответственно при ХЛ =Х,д „„+

+ ЙХЛ и КЛ ХЛ» «»» дХЛр (А= О). где Х °

Л мом

- номинальное значение Л-го пассивного ненастранваемого элемента;

80 6 д Х p - величина технологического допуска значений Л -го пассивного ненастраивае мого элемента» число пассивных неиастраи» ваемых элементов, Х =(Х,,Х,щ)- комбинация значений пара метров пассивных и акти ных элементов,при которых производится проверка условий (1)( 4 P G „° -область работоспособности для р. »го комплекта активных элементов » »»» и номинальных значений параметров пас сивных ненастраиваемьм элементов, под которой понимается множество значений параметров настраиваемых элементов, при которых выполняется условие (1) цля всех tn функций качества, р = 1,М, rae

Q - количество комплектов активных элементов;

F — параметр, характеризуюший условия эксплуатации (влажность, температура, давление, частота вибрации и т.д.), 6,(F) - область работоспособности объекта для р.-го комплекта активных элементов при F -ном воздействии на технический объект область компромиссов, т.е. множество значений параметров настраиваемых элементов, при которых выполняется условие (1) для rn функций качества при .изменении параметров пассивных ненастраиваемых элементов в пределах допуска, при воздействии F условий эксплуатации для ,»».-го комплекта активных элементов.

Р»» -область цопустимых значений парамет- ров настраиваемых .элементов, определяе мых неравенствами X; »ä- Х „. Х; п»»», (1= 1,П), где Х1щ- и Х» к- com TGT HHQ MHH мальное и максимальное значение 1 -го параметра настраиваемых элементов, Х; „„»; и -минимальное TpBHH÷íîe значение области работоспособности 4,» i-го параметра при и.-ном комплекте активных элементов;

»РХ;„„„„ - минимальное значение предела изменения 1 -го параметра настраиваемых элементов.

Объект 3 оптимизации представляет собой макет, содержащий Q комплектов активных элементов с произвольными значениями параметров, комплект пассивных ненастраиваемых элементов,п»» раметры которых можно варьировать в пределах допуска, и комплект настраиваемых элементов. К активным относятся элементы, параметры которых зависят от режима работы по постоянному току, например диоды, транзисторы, интегральные схемы и т.д. Остальные элементы являются пассивными (например, резисторы, конденсаторы и т.д.) Комплект составляет минимальное количество элементов,исполь- 1 зуемых в обьекте. Рекомендуется выбирать в пределах от 25 до 50.

Блок 12 варьирования параметров пред.назначен для плавного или дискретного

Изменения оптимизируемых параметров 35

S зависимости от реализованного в оптимизаторе метода определения границы рбласти работоспособности в пространстве параметров настраиваемых элементов..

Если, например, реализован метод контур- 0 ного обхода, то блок варьирования зафиксирует (й- 2) параметра настраиваемых элементов и будет дискретно изменять в соответствии с методом контурного обхода значения остальных двух параметров 5 настраиваемых элементов.

Блок 8 перебора реализаций в зависимости от поданных команд устанавливает в макете объекта 3 тот или иной комплект активных элементов и пассивные ненастра- 0 иваемые элементы с теми или иными значениями.

Определение оптимальных значений пределов изменения и максимально допустимых шагов квантования (М1ЦИК) в пред35 лагаемом оптимизаторе осушествляется следуюшим образом.

По командам с блока 9 управления в блоке 7 задания критерия работоспособности задается численное значение критерия выбора МДШК, блок 8 перебора реализаций устанавливает в макете объекта 3 пассивные ненастраиваемые элементы с номинальными значениями параметров и один р,-й комплект активных элементов

45 (= 1.4), устанавливаются начальные и конечные состояния реверсивных счетчиков

1, диапазон изменения которых через преобразователь 2 код-аналог охватывает

11 всю область возможных изменений пара50 метров настраиваемых элементов Рн, в

j-й блок 5 измерения критериев качества

, блок 9 управления записывает значения критерия качества Q> m„.„," 8j max(5 =1,4), на вход собранного макета объекта 3 из блока 11 формирования тестовых сигналов

55 подается комплекс входных сигналов. В камере 4 испытаний устанавливаются номинальные значения параметров, характеЙЙМИО 8 ризуюших условия эксплуатации (например, номинальное значение температуры окружаюшей среды). Затем блок 9 управления запускает генератор 10 тактовых импульсов, сигналы которого через блок

12 варьирования параметров подаются на входы счетчиков 1, которые изменяют свое состояние. Соответственно изменяются через преобразователи 2 код-еналог значения параметров настраиваемых элементов Х„объекта 3. Варьирование параметров настраиваемых элементов приводит к изменению состояния объекта 3. В каждом новом состоянии объекта 3 в j -м блоке 5 измерения критериев качества производится измерение и сравнение текушего j -го критерия качества G> (Х) с заданным Я„„,„. и6 „„с,„. Когда Я; (Х) =GI m, или Я (Х) =Я. д, на выходе

1-го блока 5 измерения функции качества и, соответственно, на выходе элемента

ИЛИ 6 появится сигнал, который подается на соответствуюшие входы блока 13 памяти и блока 12 варьирования параметров. Состояния счетчиков 4, соответствуюшие граничным значениям параметров настраиваемых элементов области Q > записываются в блок 13 памяти. Окончательно в блоке 13 памяти запишутся все граничные точки области,, . Подобная процедура определения граничных точек для других критериев качества при у-м комплекте активных элементов повторяется уп раз. Затем блок 13 памяти определяет область компромиссов

Bl

Я„= Il 6

После этого по команде с блока 9 управления блок 8 перебора реализации устанавливает в макете объекта 3 (+1)-й комплект активных элементов, и цикл определения области компромиссов для нового комплекта активных элементов повторяется. Описанная процедура повторяется для всех комплектов активных элементов. B итоге в блоке 13 памяти запишутся KoopgBHGTbl граничных точек, соответствуюшие семейству областей ц

Затем по команде с блока 9 управления по данным, записанным в блоке 13 памяти, вычислительный блок 14 определяет пределы изменения параметров настраиваемых элементов, которые охватывают границы всех областей из семейства (4 ). Например, на фиг. 2 приведен пример определения минимально возможных пределов изменения параметров oFХ; „,„, (i =1,2) при 4 =3, а максимальные преМ

Вычислительный блок 1 4 вычисляет среднее значение величины Х „,щ,, определяет номер комплекта активных элемен тов, у которого граничные значения пара метров настраиваемых элементов наибо- лее близки к среднему значению случайной величины Я й„й,„;

По команде с вычислительного блока

14 блок 8 перебора реализаций устанав ливает в обьекте 3 данный комплект ак» .тивных элементов и увеличивает значение одного из пассивных ненастраиваемых эле ментов Х на величину допуска }5ХХ . За тем определяются коо1х инаты граничных точек области G (, которые»поминакнь ся в блоке 13 памяти. Затем блок 8 пе ребора реализаций устанавливает в обьекте 3 тот же пассивный элемент с отрицательным допуском (-АХ ), и вновь определяются координаты граничных точек области Ь() которые запоминаются в бло ке 13 памяти. Указанные операции повтой. ряются для всех пассивных ненастраивае мых элементов. В результате блок 13. памяти запомнит координаты граничных точек областей .й1 б + 1к= 1,1 },}ч

3. А делы изменения параметров настраиваемых элементов теоретически могут изменяться от 0 до сй;й.

Сужение минимальных пределов из-. менения параметров настраиваемых элементов осуществляется следующим образом.

Вычислительный блок 14 для каждого параметра, кроме одного (напри -ер, g<), выбирает и фиксирует его конкретное зна- йо чение из интервала д Х„.щ,„,1 (1=2,р1). На базе информации о координатах граничных точек семейства областей 6 вычислительный блок 14 формирует совокупность миниывньньсс енвчений параметра М„=(Х „ы@ где Х. „„- минимальное значение параметра Х < для области Су„при фиксированных значениях остальных параметров настраиваемых элементов. Например, эту совокупность составят значения Х.,, Х4о, Х (фиг. 3). В принципе, аналогично изложенному выше, вычислительный блок

14 может формировать совокупность максимальных значений параметра Х,1 (например, значения X1„,Х,Х1 на фиг. 3).

На основе совокупности (Х„ „„}„) вычислительный блок 14 определяет закон распределения этой совокупности значений.

Если в качестве критерия сужения максимальных пределов параметра Х1 в блоке 7 записано численное значение вероятности обеспечения работоспособного состояния объекта 3, то по сигналу с выхода блока 7 задания критерия работоспособности вычислительный блок 14 по

35 известному закону распределения величин

Х ù пепределяет пределы изменения

1,и.гпту и параметра Х1, которые обеспечивают это значение вероятности. Оптимальным пределом являются значения параметра Х1

4О . составляющие наименьший интервал, по которому необходимо интегрировать плоьность вероятности величины Х4 и ;„, чтобы получить заданную вероятность обеспечения работоспособного состояния объекта 3.

Для других параметров их оптимальные пределы определяются аналогично.

Для определения МДШК по команде с блока 9 управления в камере 4 испыта- ний, объект 3 подвергается соответствующему воздействию F (например, повышает

50 температуру, устанавливает частоту и амплитуду вибрации, влажность и т.д.) После этого определяется область работоспособности Q (F), граничные точки которой запишутся в блоке 13 памяти (}й=1 1)).

В итоге, в блоке 13 памяти запомнятся координаты граничных точек семейства областей (G+(F) ) (,и= 1,$).

}бр(Ч} p= <,Е) Лакее вычиспи

I тельный блок 14 определяет область ком»

n n Ч 1ь промиссов G П g(+) П j(. д g g (F), K=. 1; 1,ц=4 Jg затем МДШК для параметра Х1 как разность его граничных значений )(Нч1 П и Х„ к may принадлежащих области компро миссов 4, при фиксированных значениях . других параметров настраиваемых элементов. На фиг. 4 приведен NQtlJK параметра

Х., обозначенный как L .

При отсутствии области С,„ выбор

NQIIIK параметров настраиваемых элементов осуществляется следующим образом.

Пусть область 4„не пустая, если иск1 лючить из рассмотрения области С,()и ф(")

5 соответствующие увеличению значейия уго ненастраиваемого пассивного элемен» та на величину ВХ и уменьшению значения

g-го ненастраиваемого пассивного элемента на величину дХ (9»1,I1, г = lp). Тогда вычислительный блок 14 исключает координаты граничных точек, соответст вуюшие областям g()и g и дает команду блоку 8 перебора реализаций .на увели чение в объекте 3 значения -го параметра на величину eL gX+(08oL<1) при определенном значении сб .. Значение oL увеличивают до тех пор, пока объединение

®М50

Формула изобретения

Оптимизатор, содеркаший последоваI тельно соединенные блок управления, гене« ратор тактовых импульсов и блок варьирования параметров, выходы которого соединены через соответствукмцие реверсивные счетчики с первыми входами соответствующих преобразователей код-аналог и с соответствующими первыми входами блока памяти, второй вход которого подключен к второму выходу блока управления, соединенного третьим выходом с вторыми входами реверсивных счетчиков, четвертым выходом - с вторыми входами преобразователей код-аналог, пятым выходом через соответствующие блоки изме40 рения критериев качества - с соответст6к и 6 является не пустым. В данном

I (-) случае с определяет верхний предел изменения у-го параметра, т.е. класс точности у -го ненастраиваемого элемента.

Аналогично протекают операции пюи умень% шенин S -ãî параметра на величинуФ ЛХ .

В результате применения предлагаемого оптимизатора определяются пределы изменения и максимально допустимый шаг квантования параметров варьируемых (на- )o страиваемых) элементов с учетом гехнологического .разброса параметров пассив ных и активных элементов) изменения условий эксплуатации в заданных пределах множества выходных параметров тех-1S нического .объекта, определяющих его работоспособность.

Определяются также целесообразные классы точности комплектующих пассивных элементов, что позволит уменьшить коли«д чество используемых типономиналов. вуюшими входами элемента ИЛИ, выход которого подключен к второму входу блока варьирования параметров, причем блоки измерения критериев качества подключены вторыми входами к соответствующим выходам обьекта, а выходами - к соответст вующим входам блока управления, выходы преобразователей код-аналог соединены с соответствующими первыми входами объекта оптимизации, о "г л и ч а ю— шийся тем, что; с целью расширения функциональных воэможностей оптимизатора, он содержит вычислительный блок, блок задания критерия работоспособности, блок формирования тестовых сигналов, блок перебора реализаций и камеру испытаний, при этом третий вход блока памяти соединен с выходом элемента ИЛИ, а выходс первым входом вычислительного блока, подключенного вторым входом к блоку задания критерия работоспособности, а вы ходом - через блок перебора реализацийк второму входу объекта, блох управления подключен шестым выходом к входу блока задания критерия работоспособности, седь мым выходом - к входу камеры испьгганий, восьмым выходом через блок формирования тестовых. импульсов - к третьему входу объекта, помещенного в камеру испытаний, девятым выходом - к второму входу блока перебора реализаций.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство ССР

¹ 514270, кл. Q 05 6 13/02 1976.

2. Авторское свидетельство СССР

¹ 485412, кл. 5 05 8 13/02, 1976.

3. Авторское свидетельство СССР по заявке ¹ 2701491/18-24, . кл. Q 05 6 13/00, 1978 (прототип).

Х1ямиу А4 ил

Составитель В. Нефедов

Редактор А. Коэориэ Техред Л:Пекарь Корректор А. Ференц

Закаэ 9921/56 Тираж 914 - . Полисное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

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