Адаптивный прогнозатор

Адаптивный прогнозатор

Иллюстрации

Показать все

Реферат

 

АДАПТИВНЫЙ ПРОГНОЗАТОР, содержащий первый и второй задатчики, последовательно включенные первый блок сравнения, первый ограничитель, первый интегратор , первый блок задержки, второй блок,сравнения, первый детектор знака, второй блок задержки, первый блок умножения, третий блок сравнения, второй интегратор, четвертый блок сравнения. Первый масшта„бирующий блок, первый инвертор и первый сумматор, последовательно включенные втог рой детектор знака, третий блок задержки, второй блок умножения, пятый блок сравнения , третий интегратор, шестрй блок сравнения , второй масштабирующий блок и второй инвертор, выход первого задатчика соединен с вторьш входом шестого блока сравнения , подключенного через последовательно соединенные третий масштабирующий блок и второй сумматор к управляющему входу первого ограничителя, выход второго задатчика соединен с вторьш входом четвертого блока сравнения, подключенного через четвертый масштабирующий блок к второму входу второго сумматора, выход первого блока сравнения соединен через вто1рой детектор знака с вторым входом второго блока умножения, выход третьего интегратора - с вторым входом пятого блока сравнения, выход первого интегратора - с первым входом первого блока сравнения и с вторым входом второго блока сравнения, выход первого детектора знака - с вторым входом первого блока умножения, выход второго интегратора - с вторым входом третьего сравнения, выход второго инвертора - с вторым входом первого сумматора , соединенного выходом с управляюплим входо}

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК

3(51у G 05 В 13 02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ д

Н A BTOPCHOIVIV СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 3472181/18-24 (22) 20.07.82 (46). 23.10.83. Бюл. № 39 (72) В. И. Никитенко, В. П. Авдеев, А. К. Тараканов, Л. П. Мышляев, В. И. Бондаренко, И. И. Дышлевич, М. Н. Байрака, Н. Ш. Гринштейн, 1О. Н. Марченко и А. Г. Бондаренко (71) Сибирский ордена Трудового Красного

Знамени металлургический институт им. Серго Орджоникидзе и Днепропетровский металлургический институт (53) 62-50 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР № 842855, хл. G 06 G 7/30, 1980.

2. Авторское свидетельство СССР по заявке № 3355655/18-09, кл. Н 03 Н 21/00, 1982 (прототип). (54) (57) АДАПТИВНЫЛ ПРОГНОЗАТОР, содержащий первый и второй задатчики, последовательно включенные первый блок сравнения, первый ограничитель, первый интегратор, первый блок задержки, второй блок. сравнения, первый детектор знака, второй блок задержки, первый блок умножения, третий блок сравнения, второй интегратор, четвертый блок сравнения, первый масшта,.бирующий блок, первый инвертор и первый сумматор, последовательно включенные второй детектор знака, третий блок задержки, второй блок умножения, пятый блок сравнения, третий интегратор, шестой блок сравнения, второй масштабирующий блок и второй инвертор, выход первого задатчика соединен с вторым входом шестого блока сравнения, подключенного через последовательно соединенные третий масштабирующий блок и второй сумматор к управляющему входу первого ограничителя, выход второ-. го задатчика соединен с вторым входом четвертого блока сравнения, подключенного через четвертый масштабирующий блок к второму входу второго сумматора, выход

„„SU „„1049866 А первого блока сравнения соединен через вто рой детектор знака с вторым входом второго блока умножения, выход третьего интегратора †с вторым входом пятого блока сравнения, выход первого интегратора с первым входом первого блока сравнения и с вторым входом второго блока сравнения, выход первого детектора знака — с вторым входом первого блока умножения, выход второго интегратора — с вторым входом третьего блока сравнения, выход второго инвертора — с вторым входом первого сумматора, соединенного выходом с управляющим входом первого интегратора, третьи входы обоих сумматоров подключены к соответственно первому и второму источникам сигналов постоянной величины, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных ® возможностей и повышения точности выде- ур ления полезного сигнала, в него введены тре- М Ф тий задатчик, пятый и шестой масштабиру- С ющие блоки, последовательно включенные седьмой блок сравнения, второй ограничитель, четвертый интегратор, восьмой блок сравнения, девятый блок сравнения, пятый интегратор, седьмой масштабирующий блок, четвертый блок задержки и десятый блок сравнения, последовательно включенные пятый блок задержки, одиннадцатый блок сравнения, третий детектор знака, шестой блок задержки, третий блок умножения, двенад- С .) цатый блок сравнения, шестой интегратор, QQ тринадцатый блок сравнения, восьмой масштабирующий блок и третий инвертор, после- « . ,довательно включенные седьмой блок задержки, четырнадцатый блок сравнения, девятый масштабирующий блок и третий сумматор, выходы четвертого, пятого и шестого ) интеграторов соединены с вторыми входами соответственно седьмого, девятого и двенадцатого блоков сравнения, выход восьмого блока сравнения соединен с вторым входом одиннадцатого блока сравнения, и входом пятого блока задержки, выход третье1049866 го детектора знака — с вторым вхсдом третьего блока умножения, выход третьего задатчика соединен с вторым входом тринадцатого блока сравнения, подключенного через пятый масштабирующий блок к четвертому входу второго сумматора, выход третьего инвертора соединен с четвертым входом первого сумматора, выход первого интегратора — с входом седьмого блока задержки, с вторым входом четырнадцатого блока сравнения и с вторым входом третьего сумматора, выход седьмого масшта1

Изобретение относится к автоматическому управлению и регулированию и может быть использовано при построении адаптивных систем управления объектами, целевые переменные которых измеряются с запаздыванием, а косвенные переменные — без запаздывания. Модель влияния приращений косвенных переменных на приращения целевых переменных в операторной форме имеет вид

1О

Т 1

Р где К вЂ” коэффициент пересчета;

Т вЂ”, постоянная времени инерции.

Структурно-статистические свойства полезных составляющих и помех измеряемых переменных являются нестационарными. Кроме того, измерительные помехи содержат аномальные выбросы.

Известен экстраполятор, содержащий апериодические фильтры, блок вычисления ошибки, блок умножения, блоки задержки, сум20 маторы, блоки деления, масштаб ируюшие блоки, блоки вычитания и блоки коррекции.

В этом экстраполяторе с помощью апериодическнх фильтров определяется экспоненциально сглаженный сигнал первого и второго порядков, вычисляется отклонение сглаженного сигнала от его регистрируемого значения, сигнал о полученном отклонении также экспоненциально сглаживается, и на основе сглаженных сигналов определяется экстраполированное значение сигнала. 30

Постоянные времени апериодических фильтров поднастраиваются с помощью блоков коррекции (1).

Недостаток экстраполятора заключается в низкой точности экстраполяции из-за того, что не учитываются косвенные переменные и аномальные выбросы измерительной помехи.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является устройство для оценивания полезной составляющей сигна- 40 ла, содержащее блоки сравнения, ограничибирующего блока соединен через шестой масштабирующий блок с третьим входом третьего сумматора, выход которого является выходом адаптивного прогнозатора, первый вход, адаптивного прогнозатора подключен к второму входу десятого блока сравнения, соединенного выходом с вторым входом первого блока сравнения, второй вход адаптивного прогнозатора подключен к первому входу седьмого блока сравнения и к второму входу восьмого блока сравнения.

2 тель, интеграторы, блоки задержки, детектор знака, блоки умножения, масштабирующий блок, инвертор и сумматор.

В этом устройстве входной сигнал сглаживается с помощью первого блока сравнения, первого ограничителя и первого интегратора. Настройки этого контура сглаживания (зона ограничения и постоянная времени интегрирования) адаптируются по двум показателям. Первый из них рассчитывается по отклонению сглаженного сигнала от его измеренного значения, а второй — по скорости изменения сглаженного сигнала. Для расчета показателей служат детекторы знака, второй и третий блоки задержки, блоки умножения, второй и третий интеграторы, третий и пятый блоки сравнения. Далее определяются взвешенные суммы отклонения от заданных значений каждого из показателей. По величине этих взвешенных сумм и адаптируются настройки фильтра (2).

Недостаток известного устройства для оценивания полезной составляющей сигнала заключается в. низкой точности сглаживания (выделения полезного сигнала), обусловленной тем, что не учитываются косвенные переменные. Кроме того, известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности, так как не предназначено для прогнозирования сигналов.

Целью изобретения является расширение функциональных возможностей и повышение точности выделения полезного сигнала.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство для оценивания полезной составляющей сигнала, содержащее первый и второй задатчики, последовательно включенные первый блок сравнения, первый ограничитель, первый интегратор, первый блок задержки, второй блок сравнейия, первый детектор знака, второй блок задержки, первый блок умножения, третий блок сравне10498

3 ния, второй интегратор, четвертый блок сравнения, первый масштабирующий блок, первый инвертор и первый сумматор, последовательно включенные второй детектор знака, третий блок задержки, второй блок умножения, второй масштабирующий блок и второй инвертор, выход первого задатчика соединен с вторым входом шестого блока сравнения, подключенного через последовательно соединенные третий масштабирующий блок и второй сумматор к управляющему входу, первого ограничителя, выход второго задатчика соединен с вторым входом четвертого блока сравнения, подключенного через четвертый масштабирующий блок к второму входу второго сумматора, выход первого блока сравнения соединен через второй детектор знака с вторым входом второго блока умножения, выход третьего интегратора — с вторым входом пятого блока сравнения, выход первого интегратора — с первым входом первого блока сравнения и вторым входом второго блока сравнения, выход первого детектора знака — с вторым входом первого блока умножения, выход второго интегратора — с вторым входом третьего блока сравнения, выход второго инвертора — с вторым входом первого сум- 25 матора, соединенного выходом с управляющим входом первого интегратора, третьи входы обоих сумматоров подключены соответственно к первому и второму источникам сигналов постоянной величины, введены третий задатчик, пятый и шестой масштабирующий блоки, последовательно включенные седьмой блок сравнения, второй ограничитель, четвертый интегратор, восьмой блок сравнения, девятый блок сравнения, пятый интегратор, седьмой масштабирующий блок, 35 четвертый блок задержки и десятыи блок сравнения, последовательно включенные пятый блок задержки, одиннадцатый блок сравнения, третий детектор знака, шестой блок задержки, третий блок умножения, двенадцатый блок сравнения, шестой интегратор, 40 тринадцатый блок сравнения, восьмой масштабирующий блок и третий инвертор, последовательно включенные седьмой блок задержки, четырнадцатый блок сравнения, девятый масштабируюш,ий блок и третий сумма- тор, выходы четвертого пятого и шестого

g5 интеграторов соединены с вторыми входами соответственно седьмого, девятого и двенад- цатого блоков сравнения, выход восьмого блока сравнения соединен с вторым входом одиннадцатого блока сравнения и входом пятого блока задержки, выход третьего детектора знака — с вторым входом третьего блока умножения, выход третьего задатчика соединен с вторым входом тринадцатого блока сравнения, подключенного через пятый масштабирующий блок к четвертому 55 входу второго сумматора, выход третьего инвертора соединен с четвертым входом первого сумматора, выход первого интеграто66 ра — с входом седьмого блока задержки, с вторым входом четырнадцатого блока сравнения и с вторым входом третьего сумматора, выход седьмого масштабирующего блока соединен через шестой масштабирующий блок с третьим входом третьего сумматора, выход которого является выходом адаптивного прогнозагора, первый вход адаптивного прогнозатора подключен к второму входу десятого блока сравнения, соединенного выходом с вторым входом, первого блока сравнения, вгорой вход адаптивного прог; нозатора подключен к первому входу седьмого блока сравнения и к второму входу восьмого блока сравнения.

На чертеже представлена блок-схема адаптивного прогнозатора.

Адаптивный прогнозатор содержит седьмой блок 1 сравнения, второй ограничитель

2, четвертый интегратор 3, восьмой 4 и девятый 5 блоки сравнения, пятый интегратор

6, седьмой масштабирующий блок 7, четвертый 8 и пятый 9 блоки задержки, одиннадцатый блок 10 сравнения, третий детектор 11 знака, шестой блок 12 задержки, третий блок

13 умножения, двенадцатый блок 14 сравнения, шестой интегратор 15, тринадцатый блок 16 сравнения, третий задатчик 17, пятый 19 — и восьмой 19 масштабирующие блоки, третий инвертор 20, первый задатчик

21, шестой блок 22 сравнения, третий 23, второй 24, . четвертый 25 и первый 26 масштабирующие блоки, четвертый блок 27 сравнения, второй задатчик 28, третий интегратор 29, второй 30 и первый 31 инверторы, второй интегратор 32, пятый 33 и третий

34 блоки сравнения, второй 35 и первый

36 блоки умножения, третий 37 и второй 38 блоки задержки, второй детектор 39 знака второй 40 и первый 41 сумматоры, первый детектор 42 знака, шестой масштабирующий блок 43, второй блок 44 сравнения, первый блок 45 задержки, десятый 46 и первый

47 блоки сравнения, первый огра ничител ь

48, первый интегратор 49, седьмой блок 50 задержки, четырнадцатый блок 51 сравнения, девятый масштабирующий блок 52, трети и сум м а тор 53.

На чертеже обозначено: V(t) — косвенная переменная в момент времени t, Y(t)— целевая переменная, Y(t + 1.) — спрогнозированное на интервал времени Г значение целевой переменной, Р, и Т вЂ” постоянные величины.

Адаптивный прогнозатор работает следующим образом.

Сигнал с косвенной переменной V(t) поступает на седьмой блок 1 сравнения, где из этого сигнала вычитается выходной сигнал четвертого интегратора 3 о сглаженном значении V(t). Выходной сигнал седьмого блока 1 сравнения проходит через второй ограничитель 2, где срезаются большие выбросы сигнала, и поступает на четвертый

1049866

5 интегратор 3. Выходной сигнал четвертого интегратора 3 вычитается в восьмом блоке

4 сравнения из входного сигнала V(t), и на выходе блока 4 сравнения получается сигнал о приращении BV(t) сигнала V(t) относительно его низкочастотной составляющей

qV(t) =,/И вЂ” Ч(), где V(t) — низкочастотая составляющая

- сигнала V(t).

Сигнал с выхода восьмого блока 4 сравнения преобразуется в модели (1 ), реализованной в виде последовательного соединения пятого интегратора 6, охваченного отрицательной обратной связью, и седьмого масштабирующего блока 7. Выходной сигнал седьмого масштабирующего блока,7 о приращении выходной целевой переменной Yv(t) обусловленном приращением D V (t), задержйвается в четвертом блоке 8 задержки на интервал времени запаздывания Г в измерении целевой переменной и вычитается в десятом блоке 46 сравнения из сигналов о целевой переменной Y(t). Таким образом, сигнал о целевой переменной расчетным путем приводится к опорному уровню (сглаженному значению) косвенной переменной, что повышает точность экстраполяции Y(t).

Выходной сигнал десятого блока 46 сравнения Y" (t) сглаживается с помощью филь- тра, составленного из первого блока, 47 сравнения, первого ограничителя 48 и первого интегратора 49. Величина ограничивающего напряжения Р первого ограничителя 48 и постоянная времени интегрирования первого интегратора 49 адаптируются по трем показателям: а) по отклонению Y (t) от его сглажен; ного значения Y "(()

Eo(t) =Y"P(t) Y (t); б), по скорости изменения сглаженного значения У"Р(т)

E,(t)= Y" (t)- Y" (t - с,), (4) где tz — интервал времени определения скорости. в) по скорости изменения приращения косвенной переменной к®=ЬЧ(1) — V(t 1ь) (5)

По этим показателям рассчитываются аналоги автокорреляционных моментов, найденные величины сравниваются с желаемыми (заданными) значениями и по полученным отклонениям с помощью П-регуляторов определяются .корректировки Р и Т.

Для расчета первого показателя E (t) сигнал с выхода первого-блока 47 сравнения поступает на второй детектор 39 знака, на выходе которого получается сигнал « + 1» илие-1» в зависимости от знака (t). По55 на четвертый вход первого сумматора 41.

На выходе второго сумматора 40 получается сигнал о величине ограничивающего напряжениями (t) первого ограничителя 48 лученный сигнал подается через третий блок

37 задержки на первый вход второго блока

35 умножения и непосредственно на второй вход второго блока 35 умножения, где сигналы sign (F,,(t)) и sign (E,(t — r,),) перемножаются. В результате выходной сигнал второго блока 35 умножения принимает величину «+1», если sign (E,(t) ) и sign „(Е,(t Г1)) одного знака, и«-1», если они разного знака. Выходной сигнал второго блока 35 умножения сглаживается экспоненциальным сглаживателем, реализованным на третьем интеграторе 29, охваченном отрицательной обратной связью, и подается на вход шесто.

ro блока 22 сравнения, где из него вычитается желаемый сигнал Zp аналога автокорреляционного момента с выхода первого задатчика 21. Сигнал Zp+ в частном случае равен нулю. Выходной сигналЬХ (() шестого блока 22 сравнения умножается в третьем масштабирующем блоке 23 на коэффициент

ks и подается на первый вход второго сумматора 40, а во втором масштабирующем блоке 24 умножается на коэффициент kp,í инвертируется вторым инверторомс30 и .подается на второй вход первого сумматора 41.

При расчете второго показателя для on25 ределения скорости изменения сглаженного сигнала Y (t) выходной сигнал первого интегратора 49 задерживается в первом блоке 45 задержки на интервал времени, а затем задержанный сигнал вычитается во втором блоке 44 сравнения из сигнала Y it).

Сигнал E c (t) о полученной разности обрабатывается аналогично сигналу Е о (t) с помощью второго блока 38 задержки, первого блока 36 умножения, третьего блока 34 сравнения, второго интегратора 32, четвертого блока 27 сравнения, второго задатчика 28, первого 26 и четвертого 25 масштабирующих блоков и первого инвертора 31.

Выходной сигнал четвертого масштабирующего блока 25 поступает на второй вход вто.рого сумматора 40, выходной сигнал первого инвертора 31 — на второй вход первого су м м атора 41.

Аналогично второму показателю Ec (t ) формируется и третий показатель по скоро=сти изменения приращения косвенной переменной Ек(1). Для этой цели используются пятый блок 9 задержки, одиннадцатый блок

10 сравнения, третий детектор 11 знака, шестой блок 12 задержки, третий блок 13 умножения, двенадцатый блок 14 сравнения, шестой интегратор 15, тринадцатый блок 16 сравнения, третий задатчик 17, пятый 18 и восьмой 19 масштабирующие блоки и третий инвертор 20. Выходной сигнал пятого масштабирующего блока 18 поступает на четвертый вход второго сумматора 40, выходной сигнал третьего инвертора 20

049866

i

p(t)=p. h,à Ео() k4 а2с(t)+

+4 / - к ® (б) гдето, Кв, k4и k< — постоянные величины; о(О> с(1) И Z<(t) — отклонения соответствующих показателей от за данных значений.

Выходной сигнал второго сумматора 40 идет на управляющий вход первого ограничителя 48.

На выходе первого сумматора 41 получается сигнал о величине постоянной времени интегрирования T(t) первого интегратора 49

T(t)=т +k ЬЕ,И)+S1ÜÕ,(0 а, где Tp, k, kg u. kg — постоянные величины.

Выходной сигнал первого сумматора 41 идет на управляющий вход первого интегратора 49.

Экстраполяция сглаженного сигнала Y"Р (t) осуществляется по выражению

Р |=Y (О t ЙЖ2йю т где k> — коэффициент, учитывающий точность оценивания скорости изменения Y (t). для реализации выражения (8) выходной сигнал первого интегратора 49 задерживается на интервал времени в седьмом блоке 50 задержки и вычитается в четырнадцатом блоке 51 сравнения из сигнала

Y" ((). Сигнал о полученной разности умножается в девятом масштабирующем блоке 52 на коэффициент kg = " i и суммирчется в третьем сумматоре 53 с сигналом

Y""((). На третий вход третьего сумматора

53 поступает выходной сигнал седьмого масштабируюшего блока 7 о величине приращения целевой переменной, обусловленной при10 ращением косвенной переменной относительно ее сглаженного значения. Предварительно этот сигнал умножается в шестом масштабирующем блоке 43 на коэффициент, учитывающийй влияние косвенной переменной на целевую переменную. Так как.косвенная переменная измеряется без запаздывания, то на выходе седьмого масштабирующего блока 7 получается сигнал о прогнозируемом приращении целевой переменной. Таким образом, на выходе третьего сумматора 53 получается сигнал о прогнозируемом значении

I целевой переменной относительно ее измеренного значения.

Введение новых .блоков и связей позволяет производить прогноз измеряемых с запаздыванием переменных, что расширяет фун25 кциональные возможности устройства. Кроме того, адаптация ограничивающего напряжения и постоянной интегрированйя с использованием показателя по скорости изменения приращений косвенной переменной позволяет увеличить точность сглаживания целевой переменной.

Составитель В. Кузин

Редактор О. Юрковецкая Техред И. Верес Корректор О. Билак

Заказ 8424/44 Тираж 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

1 l3035, Москва, Ж вЂ” 35, Раушская наб., д. 4/5

Филиал ППП «Патент», г. Ужгород, ул. Проектная, 4