Способ и система оптимального управления двойного интегрирования

Размещено на http://www.allbest.ru/

СПОСОБ И СИСТЕМА ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ ДВОЙНОГО ИНТЕГРИРОВАНИЯ

Глинкин М.Е.,

Глинкин Е.И.

Россия, г. Тамбов, ТамбовГТУ

Предложено оптимальное управление динамическим объектом с минимизируемым функционалом по затратам энергии когнитивного графического образа эквивалентов нормированных функций в адресном пространстве программируемой логической матрицы.

оптимальное управление затрата энергия

Optimum control of dynamic object with minimized is offered to functionals on expenses of energy by a cognitive graphic image of equivalents with normalize functions in address space of a programmed logic matrix.

Изобретение относится к области оптимального управления динамическими объектами и может быть использовано в системах энергосберегающего управления динамическими объектами, электроприводами на основе двигателей постоянного и переменного тока, химико-технологическими процессами. Технической задачей способа и системы является повышение энергетической эффективности оборудования с минимумом затрат энергии, микросхемотехники, а также снижение затрат на программное обеспечение системы оптимального управления объектами двойного интегрирования, возможность автоматического принятия решений и реализация адаптивных управляющих воздействий по результатам анализа графического образа когнитивной матрицы состояний объекта с минимумом затрат энергии.

Сущность предлагаемого способа оптимального управления двойного интегрирования заключается в организации синтезирующих сигналов L₁ и L₂, позволяющих в масштабе реального времени определять как оптимальные по быстродействию, так и оптимальное управление с минимумом затрат энергии по заданным образам эквивалентов, сформированных в виде графического образа (фиг. 1) когнитивной матрицы. Для повышения энергетической эффективности оборудования с минимумом затрат энергии формируют образ когнитивной матрицы тождественно адресному пространству ПЗУ, по синтезируемым сигналам которого выбирают сигналы управления состояниями динамического объекта. Данные сигналы регламентированы соответствующим адресам точек когнитивных образов эквивалентов матрицы, где L₁ - множество управляющих воздействий, L₂ - меры оценки затрат на управление. Это позволяет исключить процедуру анализа оптимального управления в реальном масштабе времени, тем самым значительно упростить и ускорить работу энергетической системы и следовательно понизить требования к техническим и программным средствам, реализующим управление. Синтез управляющих воздействий (фиг.2) осуществляется по результатам полного анализа проведенного априори и представленного в виде когнитивного образа множества состояний оптимального управления {Ф}={L₁*L₂}, сформированного в адресном пространстве кодовой матрицы L₁*L₂ ПЗУ устройства управления, по массиву исходных данных реквизитов задачи оптимального управления. Если координаты точки L=(L₁, L₂) не принадлежат ни одной из областей когнитивного графического образа областей оптимального управления в пространстве синтезирующих переменных (фиг. 1 - 3), то управление объектом осуществляется традиционно. Следовательно, управление ограничено, в каждый момент времени, концы траектории изменения фазовых координат закреплены и временной интервал фиксирован.

На фиг. 4 представлена структурная схема системы, включающая в себя аналого-цифровой преобразователь (АЦП) 1, объект управления 2, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 3, знакогенератор оптимального управления 4, анализатор когнитивного образа эквивалентов 5, задатчик параметров 6, генератор временной зависимости 7, формирователь синтезирующих сигналов 8, вычислитель адреса 9.

Вход объекта управления 2 соединен с выходом ЦАП 3, а выход с входом АЦП 1. Вход генератора временной зависимости 7, соединён с выходом продолжительности временного интервала задатчика параметров 6, а выход генератора временной зависимости 7 соединён с каналом синхронизации формирователя синхронизирующих сигналов 8. Выходы АЦП 1 соединены с первой информационной входной шиной задатчика параметров 6, подключённого по второй информационной входной шине со входами ЦАП 3 и соответствующими выходами знакогенератора 4, информационные входы которого связаны с одноимёнными разрядами входов и выходов генератора временной зависимости 7, а адресные входы - объединены поразрядно с выходами анализатора 5. Первые и вторые информационные входы анализатора 5 объединены с соответствующими выходами вычислителя адреса 9, подключённого по шине фазовых координат с задатчиком параметров 6, соединённого по информационным каналам с соответствующими входами формирователя синтезирующих сигналов 8, выходные каналы которого подключены поразрядно с входными шинами синтезирующих сигналов вычислителя адреса 9.

Способ реализуется системой оптимального управления двойного интегрирования следующим образом. Для выполнения процедур анализа и синтеза задается массив реквизитов с помощью задатчика параметров 6, реализуемого на регистре или оперативном запоминающем устройстве. Задатчик 6 параметров определяет параметры и передает их в формирователь 8 синтезирующих сигналов. Формирователь 8 синхронизирующих сигналов 8 организован по аналогии с программируемым таймером генератора 7 временной зависимости с преобразованием кода (a₂, b, u_н, u_в, t₀, t_к) в измеряемый адрес когнитивного образа эквивалентов {L₁, L₂} или в синхронизирующие сигналы для нормируемых преобразований в вычислителе адреса 9. Вычислитель адреса 9 (фиг. 4) для сложных операторов выполняется на основе контроллера, а для простых алгебраических преобразований - на базе программируемого дешифратора по аналогии с формирователем 8 синхронизирующих сигналов. Вычислитель адреса 9 генерирует сканирующие импульсы развёртки когнитивного образа эквивалентов для вывода его при необходимости на экран монитора, а также регистрацию и сравнение адресов с измеряемыми координатами оптимального управления для выбора заданного генератора из знакогенератора 4 .

С вычислителя адреса 9 сканирующие импульсы развёртки когнитивного образа эквивалентов {L₁, L₂} подаются на анализатор 5. Анализатор 5 выполнен на постоянном запоминающем устройстве, адресное пространство которого содержит когнитивный образ (фиг. 1) эквивалентов оптимального управления. Анализатор 5 осуществляет сравнение измеряемого адреса реального времени, формируемого вычислителем 9 адреса для последующего выбора, адресуемого из знакогенератора 4 нормируемого генератора оптимального управления. Анализ работы ПЗУ приведен на примере фрагмента сравнения анализатора 5 в III квадранте (-L₁,-L₂) когнитивного образа (фиг. 1) в виде таблицы состояний

Знакогенератор 4 (фиг. 4) выполнен на программируемой логической матрице, включающей по числу эквивалентов (фиг. 1) анализатора 5 количество i программируемых генераторов оптимального управления, систематизированных в адресном пространстве. На адресные входы знакогенератора 4 с информационных выходов анализатора 5 поступает код i соответствующий когнитивному образу I-VII эквивалента (фиг.1). Выходной сигнал из таблицы состояний знакогенератора 4 преобразуется ЦАП 3 в управляющее воздействие u_i (фиг. 2) на объект управления 2 (фиг. 4). Информационные входы программируемой логической матрицы знакогенератора 4 служат для синхронизации i-го нормируемого генератора импульсной последовательностью t = (t₀, t_к) генератора 7 временной зависимости.

Генератором 7 временной зависимости (фиг. 4) функционально служит программируемый таймер импульсной последовательности, организованный конструктивно на программируемом дешифраторе, выходы которого поразрядно соединены с его информационными входами и являются входами и выходами программируемого таймера 7. Импульсная последовательность программируемого таймера 7 организована программным переключением дешифратора тактовыми импульсами F₀, воздействующими на его младший разряд a₀.

Правила работы программируемого таймера (фиг. 4) организованы следующим образом. Команда «стоп» выполняется по нулевому уровню импульса синхронизации частоты F₀ при равенстве адресов А_i+1=A_i входной А_i+1 и выходной A_i последовательности. Инициация команды «переход» А_i+1 осуществляется при изменении адреса A_i на нормированный сдвиг Д_i, неравный нулю А_i+1=A_i + Д_i . При появлении высокого уровня 0/1 потенциала импульса генерируется фронт импульса частоты F₀ , то есть переключение на адрес перехода А_i+1 синхронизации или команды «возврат» при изменении адреса A₀ на исходный А_k= А₀. Таким образом, цикл таймирования является алгебраической последовательностью кодов переключения, составляющих программу цикла. Период цикла изменяют заданием априори начального A_k , например k=1,5 и конечного A₀ адресов программы, а также сдвига Д_i переадресации. Таблицы состояния поясняют физику работы таймера (фиг. 10, а) генератора 7 на примере шести операций в виде таблицы кодов t_k(N) для задания времени t_k от кода N и программы переключения в двоичном коде.

Архитектура блоков 4-9 отличается только программным обеспечением, а аппаратные средства их тождественны и аналогичны способы преобразования сигналов. Это позволяет их организовывать на едином ПЗУ с различными программами в едином адресном пространстве.

С выхода объекта управления 2, информация о его состоянии, посредством АЦП 1 передается на задатчик параметров 6. Всё это минимизирует микросхемотехнику, сокращает интеллектуальные, материальные и технологические затраты. Способ и система оптимального управления двойного интегрирования позволяет значительно упростить требования к системам оптимального энергосберегающего управления динамическими объектами, в частности электроприводами на основе двигателей постоянного и переменного тока, химико-технологическими процессами, за счет того, что сложная процедура анализа оптимального управления производится априори, а образы эквивалентов управления формируют в виде графического образа когнитивной матрицы, тождественно адресному пространству ПЗУ, по синтезируемым сигналам которого выбирают сигналы управления состояниями динамического объекта. В результате чего не требуется его определение в процессе управления. Всё это минимизирует микросхемотехнику, сокращает интеллектуальные, материальные и технологические затраты. Реализация предлагаемого способа осуществлена с использованием системы оптимального управления двойного интегрирования, с применением экспертной системы энергосберегающего управления и автоматизированного рабочего места разработчика систем энергосберегающего управления.

Литература

1. Патент (РФ) по заявке №2010122129/08 Способ и система оптимального управления объектами двойного интегрирования/Е.И. Глинкин, М.Е. Глинкин и др.,G05B 13/00, пол. решение от 18.07.11.

2. Теория автоматического управления/ Под ред. Ю.М. Соломенцева. -М.: Высшая школа, 2000.- С. 202-204.

3. Аджиев М.Э. Энергосберегающие технологии. - М.: Энергоатомиздат, 1990. 64 с.

4. Глинкин М.Е., Глинкин Е.И. Устройство оперативного динамического анализа состояния объекта энергосбережения//IX конференция МИК-2011. - Орел, 2011, С. 14-17.

Размещено на Allbest.ru