RU2422873C2 - Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object - Google Patents

Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object Download PDF

Info

Publication number
RU2422873C2
RU2422873C2 RU2009123769/08A RU2009123769A RU2422873C2 RU 2422873 C2 RU2422873 C2 RU 2422873C2 RU 2009123769/08 A RU2009123769/08 A RU 2009123769/08A RU 2009123769 A RU2009123769 A RU 2009123769A RU 2422873 C2 RU2422873 C2 RU 2422873C2
Authority
RU
Russia
Prior art keywords
control
states
output
analysis
dynamic analysis
Prior art date
Application number
RU2009123769/08A
Other languages
Russian (ru)
Other versions
RU2009123769A (en
Inventor
Юрий Леонидович Муромцев (RU)
Юрий Леонидович Муромцев
Станислав Иванович Дворецкий (RU)
Станислав Иванович Дворецкий
Николай Генрихович Чернышов (RU)
Николай Генрихович Чернышов
Евгений Иванович Глинкин (RU)
Евгений Иванович Глинкин
Михаил Евгеньевич Глинкин (RU)
Михаил Евгеньевич Глинкин
Original Assignee
Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ"
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ" filed Critical Государственное образовательное учреждение Высшего профессионального образования "Тамбовский государственный технический университет" ГОУ ВПО "ТГТУ"
Priority to RU2009123769/08A priority Critical patent/RU2422873C2/en
Publication of RU2009123769A publication Critical patent/RU2009123769A/en
Application granted granted Critical
Publication of RU2422873C2 publication Critical patent/RU2422873C2/en

Links

Images

Classifications

    • YGENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02PCLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P70/00Climate change mitigation technologies in the production process for final industrial or consumer products
    • Y02P70/10Greenhouse gas [GHG] capture, material saving, heat recovery or other energy efficient measures, e.g. motor control, characterised by manufacturing processes, e.g. for rolling metal or metal working

Abstract

FIELD: information technology.
SUBSTANCE: disclosed is a method for rapid dynamic analysis of states of a multi-parameter object, involving presentation of results of complete analysis of processes for dynamically optimum control of the object in form of a cognitive icon of optimum control equivalents, which is formed in the address space of the code matrix of read-only memory. Said icon is then used for real-time synthesis of energy-saving control effects for any changes in functioning states of the multi-parameter object in the estimated range with given accuracy of the synthesised effects which are regulated by the reference signal error. Disclosed also is a device for rapid dynamic analysis of states of a multi-parameter object.
EFFECT: higher metrological and technological efficiency owing to automatic optimum control of energy saving.
2 cl, 4 dwg, 3 tbl

Description

Группа изобретений относится к области структурного распознавания образов и может быть использована в автоматизированных системах оперативной диагностики технического и функционального состояний многопараметрического объекта по данным измерительной информации.The group of inventions relates to the field of structural pattern recognition and can be used in automated systems for the operational diagnostics of the technical and functional states of a multi-parameter object according to measurement information.

Известны способ и устройство оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта децентрализованного типа [см. кн. Электрические измерения. / Под ред. В.Н.Малиновского. - М.: Энергоиздат, 1982. - С.377-378]. В способе все сигналы дифференцируют по индивидуальным функциям, которые выполняют заранее заданную операцию над информационным сигналом. Устройство организовано по магистральной структуре, соединяющей через устройство связи объект с ЭВМ и транслятором.A known method and device for operational dynamic analysis of the states of a multi-parameter object of a decentralized type [see Prince Electrical measurements. / Ed. V.N. Malinovsky. - M .: Energoizdat, 1982. - S.377-378]. In the method, all signals are differentiated by individual functions that perform a predetermined operation on the information signal. The device is organized according to the main structure connecting the object with a computer and a translator through a communication device.

Недостатками этих решений являются рассредоточение информации по разным индивидуальным функциональным структурам с широкой номенклатурой, чрезмерная усложненность устройства, невозможность оперативного динамического анализа результирующих переменных вследствие независимости информационных каналов друг от друга.The disadvantages of these solutions are the dispersal of information across different individual functional structures with a wide range of products, the excessive complexity of the device, the inability to quickly analyze the resulting variables dynamically due to the independence of the information channels from each other.

Известны также способ и устройство централизованного динамического контроля и анализа состояний многопараметрического объекта [см. кн. Теория автоматического управления./ Под ред. Ю.М.Соломенцева. - М.: Высшая школа, 2000. - С.202-204]. Способ заключается в программно управляемом контроле и анализе состояний объекта на основе библиотеки программ, совместно с программой-диспетчером по заранее определенному порядку или в зависимости от текущих значений технологических параметров, с последующим выбором одной из имеющихся в библиотеке рабочих программ. Устройство организовано на базе информационно-измерительной системы с кольцевой структурой последовательно включенных интерфейса ввода данных, ЭВМ, исполнительного преобразователя, измерительных преобразователей, средства отображения, функционирующих в соответствии с командами оператора или программы-диспетчера.Also known is a method and device for centralized dynamic control and analysis of the states of a multi-parameter object [see Prince Theory of automatic control./ Ed. Yu.M. Solomentseva. - M .: Higher school, 2000. - S.202-204]. The method consists in program-controlled monitoring and analysis of the state of the object based on the library of programs, together with the dispatcher program in a predetermined order or depending on the current values of the technological parameters, with the subsequent selection of one of the work programs available in the library. The device is organized on the basis of an information-measuring system with a ring structure of sequentially connected data input interface, a computer, an executive converter, measuring transducers, and display means operating in accordance with the commands of an operator or a dispatcher program.

Их недостатками являются низкая оперативность в выполнении команд и процедур, необходимых для оценки работы системы и ее коррекции, дорогостоящее программное и аппаратное обеспечение и сложность оперативной комплексной оценки поступающей информации.Their disadvantages are the low efficiency in executing the commands and procedures necessary to evaluate the system and its correction, expensive software and hardware, and the complexity of the operational integrated assessment of incoming information.

За прототип принят способ оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта [см. патент №2134897 (РФ), ПМК G05B 19/408, G06F 17/40, опубликован 1999.08.20], заключающийся в измерении и оценке интегрального состояния многопараметрического объекта по графическому образу когнитивной матрицы, преобразовании результатов допусковой оценки разнородных динамических параметров в соответствующие информационные сигналы с обобщением по всему множеству параметров в заданном временном интервале и определении относительной величины и характера изменения интегрального состояния многопараметрического объекта.The prototype adopted the method of operational dynamic analysis of the states of a multi-parameter object [see Patent No. 2134897 (RF), PMK G05B 19/408, G06F 17/40, published 1999.08.20], which consists in measuring and evaluating the integral state of a multi-parameter object from the graphic image of a cognitive matrix, converting the results of the tolerance assessment of heterogeneous dynamic parameters into corresponding information signals with a generalization over the entire set of parameters in a given time interval and determining the relative magnitude and nature of the change in the integral state of the multiparameter object.

За прототип реализации способа принято устройство оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта [см. кн. Теория автоматического управления. / Под ред. Ю.М.Соломенцева. - М.: Высшая школа, 2000. - С.207], содержащее устройство управления, генератор импульсов, соединенный с тактовым входом счетчика импульсов, усилитель, блок питания, многопараметрический объект, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен через усилитель к исполнительным механизмам многопараметрического объекта, управляющий выход допускового контроля которого соединен с управляющими входами режимов энергопотребления блока управления, управляющий выход энергопотребления которого соединен с соответствующим входом блока питания. Оператор с помощью ЭВМ осуществляет контроль выходных параметров процесса и варьирует диапазоны допустимого изменения воздействий на многопараметрический объект.For a prototype of the implementation of the method adopted device dynamic dynamic analysis of the states of a multi-parameter object [see Prince Theory of automatic control. / Ed. Yu.M. Solomentseva. - M .: Higher school, 2000. - P.207], containing a control device, a pulse generator connected to the clock input of the pulse counter, an amplifier, a power supply, a multiparameter object, a digital-to-analog converter, the output of which is connected through an amplifier to the actuators of the multiparameter object the control output of the tolerance control of which is connected to the control inputs of the power consumption modes of the control unit, the control output of the power consumption of which is connected to the corresponding input of the pit block Niya. The operator, using a computer, controls the output parameters of the process and varies the ranges of permissible changes in the effects on a multi-parameter object.

Недостатками прототипов являются низкая метрологическая и технологическая эффективность, а также отсутствие энергетической эффективности технологического оборудования с минимумом затрат энергии из-за невозможности автоматического принятия решений в масштабе реального времени, в том числе реализации адаптивных управляющих воздействий по результатам анализа цветокодовой матрицы состояний исследуемого объекта с минимумом затрат энергии.The disadvantages of the prototypes are low metrological and technological efficiency, as well as the lack of energy efficiency of technological equipment with a minimum of energy costs due to the impossibility of automatic decision-making in real time, including the implementation of adaptive control actions based on the analysis of the color code matrix of the state of the investigated object with a minimum of costs energy.

Технической задачей предлагаемых способа и устройства является улучшение метрологической и технологической эффективности за счет автоматического оптимального управления энергосбережением, использующего для синтеза в масштабе реального времени энергосберегающих управляющих воздействий при любых изменениях состояний многопараметрического объекта в анализируемом диапазоне с заданной точностью синтезируемых воздействий, регламентируемых погрешностью образцовых сигналов.The technical task of the proposed method and device is to improve metrological and technological efficiency due to automatic optimal energy-saving control, which uses energy-saving control actions for real-time synthesis for any changes in the state of a multi-parameter object in the analyzed range with a given accuracy of the synthesized actions, regulated by the error of the model signals.

Поставленная техническая задача достигается тем, что:The technical task is achieved in that:

П1. В способе оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта, заключающемся в измерении и оценке общего состояния многопараметрического объекта по графическому образу когнитивной матрицы {Ф}={L1*L2}, в отличие от прототипа представляют результаты полного анализа процессов динамики оптимального управления объектом, описываемой моделью двойного апериодического звена с минимизируемым функционалом по затратам энергии, в виде когнитивного графического образа эквивалентов оптимального управления, который формируют в адресном пространстве кодовой матрицы постоянного запоминающего устройства, а затем используют для синтеза в масштабе реального времени энергосберегающих управляющих воздействий при любых изменениях состояний функционирования многопараметрического объекта в оцениваемом диапазоне с заданной точностью синтезируемых воздействий, регламентируемых погрешностью образцовых сигналов, где L1 - множество управляющих воздействий, L2 - меры оценки затрат на управление.P1. In the method of operational dynamic analysis of the states of a multiparameter object, which consists in measuring and evaluating the general condition of a multiparameter object using a graphical image of a cognitive matrix {Ф} = {L 1 * L 2 }, in contrast to the prototype, they present the results of a complete analysis of the dynamics of the optimal control of the object described a model of a double aperiodic link with a minimized functional for energy costs, in the form of a cognitive graphic image of the equivalents of optimal control, which forms comfort in the address space of the code matrix permanent memory, and then used for the synthesis in real-time power saving control actions at any changes states functioning multiparameter object in the estimated range with a specified precision synthesized influences regulated error model signals, where L 1 - a plurality of control actions , L 2 - measures to assess management costs.

П2. Устройство по п.1, содержащее блок управления, генератор импульсов, соединенный с тактовым входом счетчика импульсов, усилитель, блок питания, многопараметрический объект, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен через усилитель к исполнительным механизмам объекта, управляющий выход допускового контроля которого соединен с управляющими входами режимов энергопотребления устройства управления, управляющий выход энергопотребления которого соединен с соответствующим входом блока питания, в отличии от прототипа дополнительно содержит постоянное запоминающее устройство и шифратор, соединенный по входам с выходом датчиков объекта, а по выходам - со старшими адресными разрядами постоянного запоминающего устройства, соединенного младшими адресными разрядами с выходами счетчика, а выходная шина постоянного запоминающего устройства связана с информационными входами цифроаналогового преобразователя, управляющий вход которого соединен с управляющим информационным выходом устройства управления, управляющий тактовый выход которого связан с соответствующим входом генератора импульсов.P2. The device according to claim 1, containing a control unit, a pulse generator connected to the clock input of the pulse counter, an amplifier, a power supply, a multi-parameter object, a digital-to-analog converter, the output of which is connected through an amplifier to the actuators of the object, the control output of which is controlled by tolerance control, and is connected to the control inputs power consumption modes of the control device, the control energy output of which is connected to the corresponding input of the power supply, in contrast to the prototype it contains a permanent storage device and an encoder connected at the inputs to the output of the sensors of the object, and at the outputs to the higher address bits of the permanent memory connected by the lower address bits to the outputs of the counter, and the output bus of the permanent storage device is connected to the information inputs of the digital-to-analog converter the input of which is connected to the control information output of the control device, the control clock output of which is associated with yuschim input of the pulse generator.

Способ и устройство представлены на фиг.1-4.The method and device are presented in figures 1-4.

Сущность предлагаемого способа оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта (см. фиг.1-4) заключается в измерении и оценке общего состояния объекта, информация о котором представлена в виде когнитивного графического образа эквивалентов оптимального управления {Ф}={L1*L2} (фиг.1), формируемого по данным диагностической информации (фиг.2, кривая z) с последующим синтезом энергосберегающих управляющих воздействий в масштабе реального времени (фиг.3, кривая u*).The essence of the proposed method of operational dynamic analysis of the states of a multi-parameter object (see Figs. 1-4) consists in measuring and evaluating the general state of the object, information about which is presented in the form of a cognitive graphic image of the optimal control equivalents {Ф} = {L 1 * L 2 } (Fig.1), formed according to the diagnostic information (Fig.2, curve z) with the subsequent synthesis of energy-saving control actions in real time (Fig.3, curve u *).

Результаты полного анализа процессов динамики оптимального управления объектом представляют в виде образов эквивалентов (фиг.1), которые формируют в адресном пространстве кодовой матрицы постоянного запоминающего устройства (ПЗУ). Этот образ находят априори из полного анализа процессов динамики оптимального управления объектом, описываемой моделью двойного апериодического звена с минимизируемым функционалом по затратам энергии. Использование когнитивного графического образа эквивалентов оптимального управления позволяет исключить процедуру анализа оптимального управления при динамическом анализе состояний многопараметрического объекта в реальном масштабе времени, тем самым значительно понизить требования к техническим средствам, реализующим управление.The results of a complete analysis of the processes of the dynamics of optimal control of an object are presented in the form of equivalents (Fig. 1), which form a constant storage device (ROM) in the address space of the code matrix. This image is found a priori from a complete analysis of the processes of the dynamics of optimal control of an object described by a model of a double aperiodic link with a minimized functional in terms of energy consumption. The use of a cognitive graphic image of the optimal control equivalents makes it possible to exclude the optimal control analysis procedure in the dynamic analysis of the state of a multi-parameter object in real time, thereby significantly lowering the requirements for technical means that implement control.

Поясним предлагаемый способ на примере оптимального управления динамическим процессом электрооборудования. Процесс динамики электрических нагревателей и электродвигателей может быть описан системой дифференциальных уравненийWe explain the proposed method by the example of optimal control of the dynamic process of electrical equipment. The dynamics of electric heaters and electric motors can be described by a system of differential equations

Figure 00000001
Figure 00000001

где z1 и z2, представляют собой фазовые координаты, параметры a1 и a2 характеризуют инерционность объекта управления, параметр b - коэффициент усиления управляющего воздействия u(t).where z 1 and z 2 are phase coordinates, parameters a 1 and a 2 characterize the inertia of the control object, parameter b is the gain of the control action u (t).

Для определения оптимальных управляющих воздействий u*, реализующих оптимальное энергосберегающее управление по переводу многопараметрического объекта из начального состояния

Figure 00000002
в конечное
Figure 00000003
, при заданной скорости изменения данной фазовой координаты от
Figure 00000004
до
Figure 00000005
, необходима сложная двухэтапная процедура, состоящая из анализа и синтеза оптимального управления в реальном масштабе времени.To determine the optimal control actions u * that implement the optimal energy-saving control for the transfer of a multi-parameter object from the initial state
Figure 00000002
in the final
Figure 00000003
, at a given rate of change of a given phase coordinate from
Figure 00000004
before
Figure 00000005
, a complex two-stage procedure is required, consisting of the analysis and synthesis of optimal control in real time.

Анализ оптимального управления охватывает широкий круг задач, связанных с исследованиями вопросов существования решения, устойчивости, определения возможных видов функций оптимального управления и множество других задач. Выполнение процедуры анализа оптимального управления требует сложных алгоритмических и математических расчетов и, как следствие, дорогостоящих высокопроизводительных микропроцессорных технических средств. Это является препятствием к оперативному динамическому анализу состояний многопараметрического объекта.The analysis of optimal control covers a wide range of problems associated with research into the existence of a solution, stability, determining the possible types of functions of optimal control, and many other problems. Performing the optimal control analysis procedure requires complex algorithmic and mathematical calculations and, as a result, expensive high-performance microprocessor-based hardware. This is an obstacle to the operational dynamic analysis of the states of a multiparameter object.

Получаемые результаты анализа оптимального управления на множестве состояний функционирования служат основой для построения когнитивного графического образа, применяемого в дальнейшем для построения устройств энергосберегающего управления различными динамическими объектами. Для выполнения процедуры анализа оптимального управления в системе заданы исходные данные для решения задачи, представленные в виде массива реквизитовThe results of the analysis of optimal control on a multitude of functioning states serve as the basis for constructing a cognitive graphic image, which will be used in the future for constructing energy-saving control devices for various dynamic objects. To perform the analysis of optimal control in the system, the initial data for solving the problem are set, presented in the form of an array of details

Figure 00000006
Figure 00000006

Результатом анализа является получение когнитивного образа в виде цветокодовой матрицы {Ф}={L1*L2} областей существования управлений (фиг.1). Вид минимизируемого функционала сохраняется на всем временном интервале управленияThe result of the analysis is to obtain a cognitive image in the form of a color code matrix {Ф} = {L 1 * L 2 } of the areas of existence of controls (Fig. 1). The type of minimized functionality is preserved over the entire control time interval

Figure 00000007
Figure 00000007

Figure 00000008
Figure 00000008

управляющее воздействие на заданном временном интервале ограниченоthe control action at a given time interval is limited

Figure 00000009
Figure 00000009

где uн - нижний порог управляющего воздействия; uв - верхний порог управляющего воздействия.where u n is the lower threshold of the control action; u in - the upper threshold of the control action.

Следовательно, управление ограничено, в каждый момент времени концы траектории изменения фазовых координат закреплены и временной интервал фиксирован.Therefore, the control is limited, at each moment of time, the ends of the trajectory of the change in phase coordinates are fixed and the time interval is fixed.

Из полученного на основе полного анализа когнитивного графического образа (фиг.1) областями, для которых существует оптимальное управление, будут являться области I, II, III, IV, V, VI, VII.From the obtained on the basis of a full analysis of the cognitive graphic image (figure 1), the areas for which there is optimal control will be areas I, II, III, IV, V, VI, VII.

Синтез управляющих воздействий осуществляется по результатам полного анализа, проведенного априори и представленного в виде когнитивного графического образа {Ф}={L1*L2}, сформированного в адресном пространстве кодовой матрицы L1*L2 ПЗУ устройства управления, по массиву исходных данных реквизитов задачи оптимального управления (2).The synthesis of control actions is carried out according to the results of a complete analysis a priori and presented in the form of a cognitive graphic image {Ф} = {L 1 * L 2 }, formed in the address space of the code matrix L 1 * L 2 ROM of the control device, according to the array of initial details optimal control problems (2).

В результате процедуры синтеза оптимального управления определяем область (фиг.1), в которую попадает точка S с координатами (L1, L2). Каждой области соответствует определенный вид функции управления.As a result of the optimal control synthesis procedure, we determine the region (Fig. 1) into which point S with coordinates (L 1 , L 2 ) falls. Each area corresponds to a certain type of control function.

В случае если оптимальное управление не найдено, т.е. координаты точки S=(L1, L2) не принадлежат областям I-VII когнитивного графического образа, то осуществляется автоматический перевод устройства управления из оптимального в традиционный для многопараметрического объекта режим функционирования.If the optimal control is not found, i.e. If the coordinates of the point S = (L 1 , L 2 ) do not belong to the regions of the I-VII cognitive graphic image, then the automatic control device is transferred from the optimal to the traditional mode of operation for a multi-parameter object.

На фиг.4 представлена функциональная схема устройства, включающая в себя многопараметрический объект 1, блок управления 2, генератор импульсов 3, счетчик 4, ПЗУ 5, цифроаналоговый преобразователь (ЦАП) 6, усилитель 7, шифратор 8, блок питания 9.Figure 4 presents the functional diagram of the device, which includes a multi-parameter object 1, control unit 2, pulse generator 3, counter 4, ROM 5, digital-to-analog converter (DAC) 6, amplifier 7, encoder 8, power supply 9.

ЦАП 6 подключен через усилитель 7 к исполнительным механизмам многопараметрического объекта 1. Управляющий выход допускового контроля многопараметрического объекта 1 соединен с управляющими входами режимов энергопотребления блока управления 2, его управляющий выход энергопотребления соединен с соответствующим входом блока питания 9. Шифратор 8 соединен по входам с выходом датчиков многопараметрического объекта 1, а по выходам - со старшими адресными разрядами ПЗУ 5, соединенного младшими адресными разрядами с выходами счетчика 4. Выходная шина ПЗУ 5 связана с информационными входами ЦАП 6, управляющий вход которого соединен с управляющим информационным выходом блока управления 2, его тактовый выход связан с соответствующим входом генератора импульсов 3.DAC 6 is connected through an amplifier 7 to the actuators of the multiparameter object 1. The control output of the tolerance control of the multiparameter object 1 is connected to the control inputs of the power consumption modes of the control unit 2, its control output of power consumption is connected to the corresponding input of the power supply 9. The encoder 8 is connected to the inputs of the sensors multiparameter object 1, and the outputs - with the highest address bits of the ROM 5, connected by the lower address bits with the outputs of the counter 4. Output I tire ROM 5 is connected to data inputs of the DAC 6, a control input coupled to the control data output of the control unit 2, its clock output connected to a corresponding input of the pulse generator 3.

Заявляемый способ реализуется устройством оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта следующим образом.The inventive method is implemented by a device for operational dynamic analysis of the states of a multi-parameter object as follows.

С управляющего выхода допускового контроля многопараметрического объекта 1 на управляющий вход режимов энергопотребления блока управления 2 подаются сигналы управления питанием схемы устройства, переводящие его в режимы "включено", "выключено" или "ожидание", а с управляющего выхода энергопотребления блока управления 2 на вход блока питания 9 подаются сигналы, соответствующие заданным режимам работы устройства - "включено", "выключено" или "ожидание". Блок питания 9 осуществляет питание всех функциональных блоков 1-8 устройства в соответствии с заданным режимом. "Включено" - питание подается на все блоки устройства, "выключено" - устройство обесточено, "ожидание" - осуществляется перевод устройства в режим малого энергопотребления, при котором функционирует только блок управления 2. В этом случае устройство способно выйти на рабочий режим значительно быстрее, чем из состояния "выключено". С тактового выхода блока управления 2 на соответствующий вход генератора импульсов 3 поступает сигнал включения или отключения генератора импульсов 3, тактовые импульсы которого поступают на тактовый вход счетчика 4.From the control output of the tolerance control of a multi-parameter object 1 to the control input of the power consumption modes of the control unit 2, power signals of the device circuit are transferred, which convert it to the on, off or standby modes, and from the control output of the power consumption of the control unit 2 to the input of the unit power 9 signals are given corresponding to the set operating modes of the device - "on", "off" or "standby". The power supply 9 provides power to all functional blocks 1-8 of the device in accordance with a given mode. “On” - power is supplied to all units of the device, “off” - the device is de-energized, “standby” - the device is switched to low power mode, in which only the control unit 2 operates. In this case, the device is able to enter the operating mode much faster, than from the "off" state. From the clock output of the control unit 2 to the corresponding input of the pulse generator 3 receives the signal on or off of the pulse generator 3, the clock pulses of which are fed to the clock input of the counter 4.

С выходов датчиков многопараметрического объекта 1 на входы шифратора 8 подаются сигналы, соответствующие массиву реквизитов (2) задачи оптимального управления. С выходов шифратора 8 кодовая последовательность, соответствующая массиву реквизитов, подается на старшие адресные разряды An ПЗУ 5, представляющие собой адресную группу одной из семи зон I-VII когнитивного графического образа (фиг.1) областей оптимального управления. Каждой зоне соответствует определенный вид функции оптимального управления.From the outputs of the sensors of the multiparameter object 1, the signals corresponding to the array of details (2) of the optimal control problem are sent to the inputs of the encoder 8. From the outputs of the encoder 8, the code sequence corresponding to the array of details is fed to the senior address bits A n of the ROM 5, which are the address group of one of the seven zones I-VII of the cognitive graphic image (Fig. 1) of the optimal control areas. Each zone corresponds to a certain type of optimal control function.

Формирование сигнала оптимального управления многопараметрическим объектом 1 осуществляется путем перебора счетчиком 4 адресов младшей адресной группы Аm ПЗУ 5, где записана функция оптимального управления, соответствующая выбранной зоне когнитивного графического образа (фиг.1) адресного пространства Аn. На выходной шине ПЗУ 5 формируются кодовые комбинации N(Amn), соответствующие управляющему воздействию на многопараметрический объект 1, которые преобразуются в аналоговый сигнал ПАП 6 и нормируются усилителем 7.The formation of the optimal control signal for a multi-parameter object 1 is carried out by enumerating 4 addresses of the lowest address group A m ROM 5, where the optimal control function corresponding to the selected area of the cognitive graphic image (Fig. 1) of the address space A n is recorded. On the output bus of the ROM 5, N (A m + A n ) code combinations are generated that correspond to the control action on the multi-parameter object 1, which are converted into an analog PAP 6 signal and normalized by the amplifier 7.

В случае если оптимальное управление не найдено, т.е. координаты точки L=(L1, L2) не принадлежат ни одной из семи областей когнитивного графического образа (фиг.1), с управляющего информационного выхода блока управления 2 на управляющий вход ЦАП 6 подается сигнал, переключающий устройство в традиционный режим управления.If the optimal control is not found, i.e. the coordinates of the point L = (L 1 , L 2 ) do not belong to any of the seven areas of the cognitive graphic image (Fig. 1), a signal is sent from the control information output of the control unit 2 to the control input of the DAC 6, which switches the device into the traditional control mode.

Докажем эффективность предлагаемых способа и устройства оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта относительно прототипа. Теоретические исследования и практические результаты показывают, что при оптимальном управлении уменьшение затрат энергии может достигать от 5% до 40% по сравнению с традиционно используемыми управляющими воздействиями [см. Аджиев М.Э. Энергосберегающие технологии. - М.: Энергоатомиздат, 1990. 64 с.; Аракелов В.Е., Кремер А.И. Методические вопросы экономии энергоресурсов. - М.: Энергоатомиздат, 1990. 188 с.] В качестве примера рассмотрим перевод теплового объекта - нагревательной плиты из начального состояния

Figure 00000010
в конечное
Figure 00000011
с минимумом затрат энергии.Let us prove the effectiveness of the proposed method and device for operational dynamic analysis of the states of a multi-parameter object relative to the prototype. Theoretical studies and practical results show that with optimal control, the reduction in energy costs can reach from 5% to 40% compared to traditionally used control actions [see Adzhiev M.E. Energy Saving Technologies. - M .: Energoatomizdat, 1990.64 p .; Arakelov V.E., Kremer A.I. Methodological issues of energy saving. - M .: Energoatomizdat, 1990. 188 pp.] As an example, consider the transfer of a thermal object - a heating plate from its initial state
Figure 00000010
in the final
Figure 00000011
with a minimum of energy costs.

Массив реквизитов для анализа энергосберегающего управления приведен в таблице 1.An array of details for the analysis of energy-saving management are given in table 1.

Таблица №1Table number 1 Исходные данные экспериментаInitial data of the experiment ПараметрParameter ЗначениеValue a1 a 1 -0,10-0.10 a2 a 2 -1,10-1.10 bb 1,001.00 t0 t 0 00 tk t k 5,005.00 uн u n 00 uв u in 200,00200.00

Figure 00000012
Figure 00000012
15,0015.00
Figure 00000013
Figure 00000013
320,00320.00
Figure 00000014
Figure 00000014
00
Figure 00000015
Figure 00000015
140140
IЭ I e 104000104000

IЭ - функционал (лимит) затрат энергии при традиционном управлении (фиг.3, кривая u). Следовательно, задача заключается в определении такого управления, которое обеспечит перевод объекта из начального состояния в конечное с минимумом затрат энергии (2).I E is the functional (limit) of energy expenditures under traditional control (Fig. 3, curve u). Therefore, the task is to determine such a control that will ensure the transfer of the object from the initial state to the final one with a minimum of energy consumption (2).

В результате проведения полного анализа оптимального управления получаем цветокодовую матрицу в виде образов эквивалентов множества состояний оптимального управления (фиг.1).As a result of a complete analysis of the optimal control, we obtain a color code matrix in the form of images of the equivalents of the set of optimal control states (Fig. 1).

Далее когнитивный графический образ формируют в адресном пространстве кодовой матрицы постоянного запоминающего устройства в виде образов эквивалентов множества состояний оптимального управления.Next, a cognitive graphic image is formed in the address space of the code matrix of a read-only memory in the form of equivalent images of a plurality of optimal control states.

На следующем этапе осуществляется операция синтеза, в результате чего получаем координаты точки S (фиг.1, таблица №2), и в соответствии с координатами полученной точки осуществляется выбор вида функции управления и осуществляется ее реализация (фиг.2, кривая z* таблица №3).At the next stage, the synthesis operation is performed, as a result of which we obtain the coordinates of the point S (Fig. 1, table No. 2), and in accordance with the coordinates of the obtained point, the type of the control function is selected and implemented (Fig. 2, curve z * table No. 3).

Таблица №2Table number 2 Результаты экспериментаExperiment Results ПараметрParameter ЗначениеValue L1 L 1 0,381170.38117 L2 L 2 43,2206143,22061 Номер зоныZone number IVIV II 6567265672

На фиг.2 и в таблице №3 приведены зависимости, отображающие изменение температуры нагревательной системы при традиционном и оптимальном управлении.Figure 2 and table No. 3 shows the dependencies that display the temperature change of the heating system with traditional and optimal control.

Таблица №3Table number 3 Результаты экспериментаExperiment Results t, минt min Традиционное управлениеTraditional management Энергосберегающее управлениеEnergy saving management z, °Cz, ° C u, Bu, B z*, °Сz * , ° С u*, Вu * , B 00 15,015.0 200,00200.00 15,015.0 51,451,4 0,20.2 18,618.6 200,00200.00 15,915.9 51,151.1 0,40.4 28,728.7 200,00200.00 18,418,4 51,051.0 0,60.6 43,943.9 200,00200.00 22,222.2 51,151.1 0,80.8 63,163.1 200,00200.00 27,027.0 51,451,4 1one 85,485,4 200,00200.00 32,632.6 52,052.0 1,21,2 110,2110,2 200,00200.00 38,838.8 52,952.9 1,41.4 136,9136.9 200,00200.00 45,645.6 54,454,4 1,61,6 165,0165.0 200,00200.00 52,952.9 56,356.3 1,81.8 194,2194.2 200,00200.00 60,560.5 59,059.0 22 224,0224.0 200,00200.00 68,568.5 62,462,4 2,22.2 254,4254.4 200,00200.00 77,077.0 66,966.9 2,42,4 285,0285.0 200,00200.00 85,985.9 72,772.7 2,62.6 320,0320,0 -- 95,495.4 80,080.0 2,82,8 -- -- 105,5105.5 89,189.1 33 -- -- 116,5116.5 100,6100.6 3,23.2 -- -- 128,5128.5 114,9114.9 3,43.4 -- -- 141,8141.8 132,7132.7 3,63.6 -- -- 156,8156.8 154,6154.6 3,83.8 -- -- 173,8173.8 181,7181.7 4four -- -- 193,4193.4 200,00200.00 4,24.2 -- -- 215,6215.6 200,00200.00 4,44.4 -- -- 239,8239.8 200,00200.00 4,64.6 -- -- 265,6265.6 200,00200.00 4,84.8 -- -- 292,4292.4 200,00200.00 55 -- -- 320,0320,0 --

Таким образом, используя свойство инерционности объекта и несколько большее время нагрева при энергосберегающем управлении, получаем функционал затрат энергии I=65672, что при сравнении с функционалом затрат энергии стандартного управления соответствует экономии электроэнергии, равной 36,85%.Thus, using the property of inertia of the object and a slightly longer heating time with energy-saving control, we obtain the energy consumption functional I = 65672, which, when compared with the energy consumption functional of standard control, corresponds to an energy saving of 36.85%.

Figure 00000016
Figure 00000016

Рассчитаем также технологичность заявляемого устройства в сравнении с прототипом.We also calculate the manufacturability of the claimed device in comparison with the prototype.

Figure 00000017
Figure 00000017

Figure 00000018
Figure 00000018

Figure 00000019
Figure 00000019

Figure 00000020
Figure 00000020

где, τ0 - нормированное время операции (τ0=1), τ1 - время выполнения всех операций заявленным устройством, τ2 - время выполнения всех операций прототипом, n - количество операций, выполняемых заявляемым устройством, m - количество операций, выполняемых прототипом, k - коэффициент эффективности, η - технологичность.where, τ 0 is the normalized operation time (τ 0 = 1), τ 1 is the execution time of all operations by the claimed device, τ 2 is the execution time of all operations by the prototype, n is the number of operations performed by the claimed device, m is the number of operations performed by the prototype , k - efficiency coefficient, η - manufacturability.

Результаты полного анализа процессов динамики оптимального управления объектом, найденные априори и сформированные в адресном пространстве ПЗУ устройства в виде образов эквивалентов (фиг.1), позволяют исключить процедуру анализа оптимального управления при динамическом анализе состояний многопараметрического объекта в реальном масштабе времени, тем самым значительно сократить объем требуемых вычислений и число функциональных блоков устройства по отношению к прототипу. Таким образом, технологичность η заявляемых способа и устройства будет в 4 до 100 раз выше известных решений в зависимости от типа многопараметрического устройства и особенностей его эксплуатации.The results of a complete analysis of the processes of the dynamics of optimal control of an object, a priori found and formed in the address space of the ROM device in the form of equivalent images (Fig. 1), allow us to exclude the procedure for analyzing optimal control in the dynamic analysis of the state of a multi-parameter object in real time, thereby significantly reducing the volume required calculations and the number of functional blocks of the device in relation to the prototype. Thus, the manufacturability η of the proposed method and device will be 4 to 100 times higher than the known solutions, depending on the type of multi-parameter device and the features of its operation.

Предлагаемые способ и устройство оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта позволяют упростить процедуру измерения и оценки общего состояния многопараметрического объекта за счет того, что сложная процедура анализа оптимального управления производится априори, в результате чего когнитивный графический образ эквивалентов оптимального управления записывается в адресном пространстве кодовой матрицы ПЗУ и не требуется его определение в процессе динамического анализа и управления, что в итоге повышает энергетическую и метрологическую эффективность на 36,85% и технологическую эффективность в 4÷100 раз.The proposed method and apparatus for the on-line dynamic analysis of the states of a multi-parameter object allows to simplify the procedure for measuring and evaluating the general state of a multi-parameter object due to the fact that a complex procedure for the analysis of optimal control is performed a priori, as a result of which the cognitive graphic image of the optimal control equivalents is written in the address space of the ROM code matrix and its definition is not required in the process of dynamic analysis and control, which ultimately increases It has energy and metrological efficiency of 36.85% and technological efficiency of 4 ÷ 100 times.

Таким образом, предлагаемый способ благодаря представлению результатов полного анализа процессов динамики оптимального управления многопараметрического объекта, описываемого моделью двойного апериодического звена с минимизируемым функционалом по затратам энергии, в виде когнитивного графического образа эквивалентов оптимального управления, формируемым в адресном пространстве кодовой матрицы постоянного запоминающего устройства, используемым для синтеза в масштабе реального времени энергосберегающих управляющих воздействий при любых изменениях состояний функционирования многопараметрического объекта в анализируемом диапазоне с заданной точностью синтезируемых воздействий, регламентируемых погрешностью образцовых сигналов, в отличие от известных решений повышает метрологическую и технологическую эффективность многопараметрических объектов с минимизируемым функционалом по затратам энергии. Это позволяет снизить затраты на аппаратное обеспечение системы управления, вследствие пониженных требований к быстродействию системы, конфигурации микросхемотехники, а также осуществить автоматическое принятие решений в масштабе реального времени, в том числе реализации адаптивных управляющих воздействий по результатам анализа цветокодовой матрицы состояний исследуемого многопараметрического объекта с минимумом затрат энергии.Thus, the proposed method, by presenting the results of a complete analysis of the processes of optimal control dynamics of a multi-parameter object, described by a model of a double aperiodic link with a minimized functional for energy costs, in the form of a cognitive graphic image of the optimal control equivalents generated in the address space of the code matrix of a permanent storage device used for real-time synthesis of energy-saving control actions For any changes in the functioning states of a multiparameter object in the analyzed range with a given accuracy of the synthesized influences regulated by the error of the model signals, in contrast to the known solutions, it increases the metrological and technological efficiency of multiparameter objects with a minimized functional for energy consumption. This allows you to reduce the hardware costs of the control system, due to reduced requirements for system speed, microcircuit configuration, as well as to make automatic decisions in real time, including the implementation of adaptive control actions based on the analysis of the color code state matrix of the investigated multi-parameter object with a minimum of costs energy.

Claims (2)

1. Способ оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта, заключающийся в измерении и оценке общего состояния многопараметрического объекта по графическому образу когнитивной матрицы {Φ}={L1*L2}, отличающийся тем, что представляют результаты полного анализа процессов динамики оптимального управления объектом, описываемой моделью двойного апериодического звена с минимизируемым функционалом по затратам энергии, в виде когнитивного графического образа эквивалентов оптимального управления, которое формируют в адресном пространстве кодовой матрицы постоянного запоминающего устройства, а затем используют для синтеза в масштабе реального времени энергосберегающих управляющих воздействий при любых изменениях состояний функционирования многопараметрического объекта в оцениваемом диапазоне с заданной точностью синтезируемых воздействий, регламентируемых погрешностью образцовых сигналов, где L1 - множество управляющих воздействий, L2 - меры оценки затрат на управление.1. The method of operational dynamic analysis of the states of a multiparameter object, which consists in measuring and assessing the general condition of a multiparameter object using the graphic image of a cognitive matrix {Φ} = {L 1 * L 2 }, characterized in that they present the results of a complete analysis of the dynamics of optimal control of an object, described by the model of a double aperiodic link with a minimized functional for energy costs, in the form of a cognitive graphic image of the equivalents of optimal control, which forms into the address space of the code matrix permanent memory, and then used for the synthesis in real-time power saving control actions at any changes states functioning multiparameter object in the estimated range with a specified precision synthesized influences regulated error model signals, where L 1 - a plurality of control actions , L 2 - measures to assess management costs. 2. Устройство оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта, содержащее устройство управления, генератор импульсов, соединенный с тактовым входом счетчика импульсов, усилитель, блок питания, многопараметрический объект, цифроаналоговый преобразователь, выход которого подключен через усилитель к исполнительным механизмам объекта, управляющий выход допускового контроля которого соединен с управляющими входами режимов энергопотребления устройства управления, управляющий выход энергопотребления которого соединен с соответствующим входом блока питания для его переключения в режим энергосбережения, отличающееся тем, что дополнительно содержит постоянное запоминающее устройство и шифратор, соединенный по входам с выходом датчиков объекта, а по выходам - со старшими адресными разрядами постоянного запоминающего устройства, соединенного младшими адресными разрядами с выходами счетчика, а выходная шина постоянного запоминающего устройства связана с информационными входами цифроаналогового преобразователя, управляющий вход которого соединен с управляющим информационным выходом устройства управления для переключения устройства оперативного динамического анализа состояний многопараметрического объекта, а управляющий тактовый выход блока управления связан с соответствующим входом генератора импульсов для его включения/отключения. 2. Device operational dynamic analysis of the states of a multi-parameter object, containing a control device, a pulse generator connected to the clock input of the pulse counter, an amplifier, a power supply, a multi-parameter object, a digital-to-analog converter, the output of which is connected through an amplifier to the actuators of the object, the control output of the tolerance control of which connected to the control inputs of the power consumption modes of the control device, the control output of the power consumption of which о is connected to the corresponding input of the power supply unit for switching it to power saving mode, characterized in that it further comprises a read-only memory and an encoder connected at the inputs to the output of the object’s sensors, and at the outputs to the senior address bits of the permanent memory device connected by the lower address bits with the outputs of the counter, and the output bus of the permanent storage device is connected to the information inputs of the digital-to-analog converter, the control input of which is It is connected to the control information output of the control device for switching the device for the on-line dynamic analysis of the states of a multi-parameter object, and the control clock output of the control unit is connected to the corresponding input of the pulse generator for switching it on / off.
RU2009123769/08A 2009-06-22 2009-06-22 Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object RU2422873C2 (en)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123769/08A RU2422873C2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object

Applications Claiming Priority (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
RU2009123769/08A RU2422873C2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object

Publications (2)

Publication Number Publication Date
RU2009123769A RU2009123769A (en) 2010-12-27
RU2422873C2 true RU2422873C2 (en) 2011-06-27

Family

ID=44055379

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
RU2009123769/08A RU2422873C2 (en) 2009-06-22 2009-06-22 Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object

Country Status (1)

Country Link
RU (1) RU2422873C2 (en)

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2581015C1 (en) * 2015-03-30 2016-04-10 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Method of optimising multidimensional vector of parameters of controlling complex stochastic automatic control systems for multidimensional vector of output performance indicators of system

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
RU2581015C1 (en) * 2015-03-30 2016-04-10 Акционерное общество "Научно-производственное объединение автоматики имени академика Н.А. Семихатова" Method of optimising multidimensional vector of parameters of controlling complex stochastic automatic control systems for multidimensional vector of output performance indicators of system

Also Published As

Publication number Publication date
RU2009123769A (en) 2010-12-27

Similar Documents

Publication Publication Date Title
US10503146B2 (en) Control system, control device, and control method
CN111951946B (en) Deep learning-based operation scheduling system, method, storage medium and terminal
Xu et al. CNC internal data based incremental cost-sensitive support vector machine method for tool breakage monitoring in end milling
CN108693822A (en) Control device, storage medium, control system and control method
CN110032799A (en) A kind of the angle similarity divided stages and monitoring method of microbiological pharmacy process
RU2422873C2 (en) Method and apparatus for rapid dynamic analysis of states of multi-parameter object
Yusufaly et al. Spatial dispersal of bacterial colonies induces a dynamical transition from local to global quorum sensing
Dickerson et al. Creating metabolic and regulatory network models using fuzzy cognitive maps
CN115146530A (en) Method, apparatus, medium, and program product for constructing welding quality detection model
RU2403619C1 (en) Method of on-line diagnostics of multi-parametre equipment in response to measurement data
Besenhard et al. A multivariate process monitoring strategy and control concept for a small-scale fermenter in a PAT environment
Zloto et al. Analysis of signals from inductive sensors by means of the DasyLab software
Reinhart et al. A constrained regularization approach for input-driven recurrent neural networks
van der Mei et al. Artificial intelligence potential in power distribution system planning
Ismeal et al. DC motor identification based on Recurrent Neural Networks
RU2016129653A (en) Method for computer-aided design of production and operation of application software and a system for its implementation
CN105393179B (en) Functional unit, simulation input unit, programable controller system
RU61906U1 (en) SYSTEM OF ACCOUNTING, MONITORING AND FORECAST IN ACCOMPLISHING ACTIONS WITH RESOURCES
Burns et al. From analysis to design: WDA for the petrochemical industry
Wang et al. IUP: an intelligent utility prediction scheme for solid-state fermentation in 5G IoT
RU2403618C1 (en) Method to display diagnostics data
Cinar et al. Real-Time Knowledge-Based Systems
RU61044U1 (en) DEVICE FOR MODELING THE PROCEDURE FOR RECOGNIZING A COMPLEX DYNAMIC OBJECT
JPH01108602A (en) Sequence controller
WO2024009902A1 (en) Information processing method, computer program, and information processing device

Legal Events

Date Code Title Description
MM4A The patent is invalid due to non-payment of fees

Effective date: 20110623