СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

СИСТЕМА АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ
Полезная модель относится к системам автоматического управления и предназначена для применения в автоматизированных системах управления сложными процессами, создание точных математических моделей которых затруднительно.
В основу разработки полезной модели положена задача повышения эффективности функционирования систем автоматического управления, повышения надежности их работы, в условиях управления многопараметрическим объектом подверженному сильным влияниям внешней среды и случайным воздействиям, учет которых практически невозможен, обеспечения адаптации управляющих и контролируемых параметров под конкретные условия эксплуатации.
Известно устройство программного управления производственными процессами, содержащее блок управления, блок ввода, блок вывода, блок дешифрации с узлом селекции и узлом дешифрации, блок памяти с нормализатором и счетчиком-накопителем 1.
Недостаток известного устройства заключается в следующем. Создание четких алгоритмов оценивания состояния многопараметрического объекта на основе точных математических методов с целью принятия императивных организационных решений, либо выработки управляющих воздействий на объект для приведения его в некоторое эталонное состояние в условиях, когда значения параметров не могут быть очерчены четкими границами ( поэтому и управление не может иметь одноточечное значение), приводит к лавинообразному росту сложности и, как следствие, - к сомнительности их реализуемости и практической применимости. Если же иметь в виду группу таких однотипных объектов, объединенных в единую функциональную систему, возможно, с взаимно влияющими компонентами, то известные классические методы декомпозиции неприемлемы без утраты адекватности модели их реальному прототипу, для которого выработка управляющих решений должна осуществляться в реальном времени.
Из известных наиболее близким техническим решением к заявляемой полезной модели является система автоматического управления, содержащая блок программного управления, силовой источник питания, блок релейного коммутатора, п датчиков постоянного контроля, технологические исполнительные механизмы, п объектов управления, После инициализации программы блок программного управления устанавливает исполнительные механизмы в исходное положение , блок релейного коммутатора подключает 1-й объект управления к источнику питания, на основе полученных от объекта управления и от датчиков данных, блок программного управления формирует сигналы управления исполнительными механизмами 2,
G 05 В 19/00
Система-прототип обеспечивает контроль состояния объекта управления, обработку полученных от датчиков данных, непрерывный обегающий контроль состояния объекта управления, что в совокупности способствует адаптации выдаваемых системой управляющих воздействий под конкретные условия эксплуатации.
Однако, в устройстве-прототипе задача адаптации системы управления объектом под конкретные условия эксплуатации рещена не в полной мере в силу наличия недостатков, присущих устройству-прототипу. Недостаток устройства-прототипа выражается в том, что функционирование сложных систем обусловлено большим числом параметров, чаще всего взаимозависимых. Состояние такого многопараметрического объекта (системы) определяется в каждый момент времени не одним конкретным значением, а множеством значений. И сложность обработки информации для таких объектов состоит в том, что однозначно предсказать какому состоянию должно соответствовать то или иное управляющее воздействие на объект для перевода его в приемлемое состояние невозможно. Поскольку так называемое приемлемое состояние (равно как и неприемлемое) характеризуется не одним конкретным числовым значением, а некоторой совокупностью значений, которые образуют множество, многообразие возможных изменений параметров и ситуаций не может быть ограничено рамками одного точного математического описания.
Вместе с тем, колоссальный практический опыт и знания специалистов в этой области деятельности не до конца используется при разработке указанных систем в силу того, что функционирующие алгоритмы не способны учитывать многообразие знаний экспертов и множественность возможных значений параметров, которые влияют на управления.
Естественна в этой связи постановка вопроса о необходимости разработки системы принятия решений, а не использование в системах управления традиционных бал данных, поскольку последние представляют собой пассивную совокупность данных, лишенных семантических связей, что не позволяет осуществлять извлечение рекомендующих решений. При этом основным источником информации, необходимой построения математической модели системы управления, является человек.
В работах Д.А. Поспелова 3 показано, что при обучении управлению сложным объектом у человека складывается некоторый набор эталонных ситуаций, при которых необходимо принимать определенные управляющие решения с целью изменения состояния объекта и приведения его в состояние, условно называемое целевым состоянием или целевой ситуацией. В дальнейшем при управлении объектом человек сравнивает ситуации, возникающие по ходу управления, пользуясь некоторыми, чаще всего качественными, описаниями ситуаций. При этом выясняется, в какой из эталонных ситуаций находится объект управления, и принимаются соответствующие решения. Такой принцип управления сложными объектами называется принципом ситуация-действие. Этот метод инвариантен для
однородных семантических ситуаций, для его реализации не требуются большие ресурсы вычислительной системы, что позволяет его эффективную аппаратную реализацию в виде специализированного сопроцессора для микроэвм, состоящего из нечеткого процессора и специальным образом организованной памяти для хранения термов лингвистической переменной и выполнения над ними ограниченного числа операций.
Целью полезной модели является устранение указанного недостатка, а именно получение технического результата, заключающегося в адаптации системы управления сложным многопараметрическим объектом под конкретные условия эксплуатации путем представления состояния объекта в виде нечеткой текущей ситуации, обеспечивающее включение в рассмотрение большого количества обычно неучитываемых, но влияющих параметров.
Поставленная цель достигается тем, что в систему автоматического управления, содержащую блок программного управления, силовой источник питания, блок релейного коммутатора, п датчиков постоянного контроля, технологические исполнительные механизмы, п объектов управления, согласно предложенному техническому решению, вводится блок ситуационного управления, состоящий из блока постоянного запоминающего устройства, блока принятия решений, блока оперативного запоминающего устройства и блока хранения эталонных ситуаций, при этом блок принятия решений связан двухсторонними связями с блоком постоянного запоминающего устройства, блоком оперативного запоминающего устройства, блоком хранения эталонных ситуаций, первые выходы блока программного управления связаны с первыми входами блока принятия решений, выходы блока релейного коммутатора связаны с первыми входами блока принятия решений.. Первый выход блока принятия решений связан с первым входом блока программного управления, второй выход блока принятия решений связан с первым входом источника питания.
При таком построении системы управления обеспечивается возможность управления многопараметрическим объектом в условиях, когда его функционирование обусловлено большим числом параметров, особенно взаимозависимых, и состояние такого многопараметрического объекта определяется в каждый момент времени не одним конкретным значением, а множеством значений, т.е. обеспечивается адаптация системы управления под конкретные условия эксплуатации.
Сущность полезной модели поясняется чертежами.
Па фиг.1 представлена структурная схема системы управления, нафиг.210 приведены примеры конкретного выполнения отдельных узлов и блоков системы, на фиг. 11-12 приведены временные диаграммы работы.
Система управления содержит блок 1 программного управления, п датчиков 2 постоянного контроля, объект 3 управления, технологические исполнительные механизмы 4, блок 5 релейного коммутатора, источник питания 6, блок 7 ситуационного управления, состоящий из блока 8 принятия решений, блока 9 постоянного запоминающего устройства, блока 10
оперативного запоминающего устройства, блока 11 хранения эталонных ситуаций. Первые выходы блока 1 программного управления связаны с первыми входами блока 5 релейного коммутатора и блока 8 принятия решений, первые выходы датчиков 2 постоянного контроля связаны со вторыми входами блока 5 релейного коммутатора, первые выходы объекта 3 управления связаны с третьими входами блока 5 релейного коммутатора, первые выходы блока 5 релейного коммутатора связаны с первыми входами технологических исполнительных механизмов 4, вторые выходы блока 5 релейного коммутатора связаны с первыми входами блока 8 принятия решений. Блок 8 принятия решений связан двухсторонними связями с блоком 9 постоянного запоминающего устройства, блоком 10 оперативного запоминающего устройства, блоком 11 хранения эталонных ситуаций. Первые выходы блока 8 принятия решений связаны с первыми входами блока 1 программного управления, вторые выходы блока 8 принятия решений связаны с первыми входами источника питания 6. Первые выходы источника питания 6 связаны с четвертыми входами блока 5 релейного коммутатора.
В представленной системе блок 1 программного управления предназначен для управления работой системы управления путем формирования группы последовательности импульсов соответствующего информационного содержания, причем число последовательностей импульсов в группе равно количеству обрабатываемых параметров, обеспечивающих очередность обработки поступающей информации, передачи команд на исполнительные механизмы в случае аварийных ситуаций, индикации номера отслеживаемого параметра, вызвавшего возникновение аварийной ситуации, индикации. Блок 1 программного управления представляет собой управляющую вычислительную мшпину с устройством согласования. Как правило, это персональная ЭВМ типа IBM-PC/AT.
Блок 2 датчиков постоянного контроля предназначен для сбора и обработки информации о тех параметрах окружающей среды и обьекта управления, изменение которых влияет на выработку управляющих решений. Блок 5 релейного коммутатора трансляции предназначен для запоминания и передачи сигналов с блока 2 датчиков постоянного контроля и от обьекта управления 3 на входы блока 8 принятия решений, а также подключения источника питания к исполнительным механизмам.
Источник питания 6 предназначен для бесперебойного питания электрической энергией исполнительных механизмов.
Блок 7 ситуационного управления предназначен для приема сообщений о контролируемых параметрах от датчиков и обьекта управления, обработки результатов и определения вида извещений по результатам измерений, определения текущей ситуации по управляемому обьекту, выработки управляющего решения на источник питания о подключении исполнительных механизмов, а также передачи информации о текущем состоянии обьекта на блок 1 программного управления.
Блок 8 принятия решений (фиг.2) состоит из блока 21 обработки информации, блока 22 буферных регистров, предназначенного для управления источником питания 6, блоком 9 постоянното запоминающего устройства, блоком 10 оперативного запоминающего устройства, блоком 11 хранения эталонных ситуаций, блока 23 внутреннего ПЗУ, операционного блока 24, блока 25 генератора тактовых импульсов, логического элемента 26, реализующего функцию И, счетчика 27, элемента 28 памяти. Блок 25 генератора тактовых импульсов, логический элемент 26 , счетчик 27 и элемент 28 памяти в совокупности предназначены для выработки управляющих воздействий на все блоки устройства для обработки нечеткой информации. Счетчик 27 определяет адреса для элементов 28 памяти, которые, в свою очередь, формируют управляющие сигналы на все блоки устройства для обработки нечеткой информации (обозначены на фиг.2 как 7, 8,..., 23). Блок 21 обработки информации представляет собой микро-ЭВМ (8-разрядное 3-х портовое вычислительное устройство с внутренним ЗУ), выполненное на микросхеме 1830ВЕ51. Блок 22 буферных регистров выполнен на микросхеме К15330ИР8. Блок 23 внутреннего ПЗУ и элемент 28 памяти выполнены на микросхеме К573РФ5, блока 25 генератора тактовых импульсов выполнен на микросхеме 1533АГЗ, логический элемент 26 выполнен на микросхеме К1533ЛИ1, счетчик 27 выполнен на микросхеме К1533ИЕ10.
Операционный блок 24 (фиг.З) предназначен для реализации логического вывода на основе нечеткого распознавания ситуаций. Он состоит из вычислительного блока 29, блока 30 сравнения, блока 31 формирования промежуточных результатов и блока 32 хранения текущей ситуации.
Вычислительный блок 29 (фиг.4) представляет собой векторный процессор, выполняющий операций над восемью текущими и восемью эталонными значениями степеней принадлежности. Он состоит из восьми ячеек 33, предназначенных для выполнения нечетких логических операций над одним текущим и одним эталонным значениями степеней принадлежности, и семи ячеек 34, соединенных как трехуровневая пирамида с общим управляющим входом 5, предназначенных для определения наименьшей или наибольшей из восьми четырехразрядных степеней принадлежности, поступающих на входы ячеек 34.
Ячейка 33 (фиг.5) имеет два четырехразрядных входа текущей и эталонной степеней принадлежности (входные информационные шины 24 и 25 соответственно), управляющий вход 11 записи в регистр 36 эталонной ситуации, управляющий вход 10 записи в регистр 47 результата выполняемой операции, один четырехразрядный выход. Выполняемая операция задается на управляющих входах 1, 2, 3, 4 соответствующим кодом. Результат выполнения операции по управляющему сигналу по входу 5 записывается в выходные регистры ячеек 33. Информация с выходов ячеек 33 восьмью четырехразрядными словами поступает на входы ячеек 34.
41, реализующих функцию 2И-ИЛИ-НЕ, 42 и 43, выполняющих функцию ИЛИ, и 44, выполняющего функцию 2И-ИЛИ-НЕ. Группа 35 инверторов выполнена на микросхеме К1533ЛН1, регистры 36 и 47 выполнены на микросхеме К1533ИР22, коммутаторы 37, 40 и 46 выполнены на микросхеме К1533ЛИ1, схемы сравнения 38, 39 и 45 выполнены на микросхеме К1533СП1, логические элементы 41 выполнены на микросхеме K1533KII11, логические элементы 42 и 43 выполнены на микросхеме К1533ЛАЗ, логический элемент 44 выполнен на микросхеме К1533КП1.
Трехуровневая пирамида, состоящая из семи ячеек 34, предназначена для определения наименьшей и наибольшей из восьми четырехразрядных степеней принадлежности, поступающих от ячеек 33. При высоком уровне на управляющем входе 5 вычислительного блока 29 определяется наибольшее число, при низком уровне - наименьшее число. В результате выполненной операции четырехразрядное число выдается на входы блока 30 сравнения и блока 31 формирования промежуточных результатов.
Ячейка 34 (фиг.6) вычислительного блока 29 предназначена для определения из двух четырехразрядных чисел наименьшего или наибольшего четырехразрядного числа в соответствии с сигналом от блока 21 обработки информации на управляющем входе 5 ячейки 34 вычислительного блока 29. Ячейка 34 состоит из схемы 48 сравнения, выполненной на микросхеме K1533CII1, логического элемента 49, реализующего функцию 2И-ИЛИ-НЕ, выполненного на микросхеме К1533КП1, и коммутатора 50, выполненного на микросхеме К1533ЛИ1. Первое четырехразрядное число поступает на первый вход схемы 48 сравнения и первый вход коммутатора 50, второе число - соответственно на вторые входы схемы 48 сравнения и коммутатора 50. Если число на первом входе схемы 48 сравнения меньше числа на втором входе, то на ее выходе устанавливается высокий уровень. Низкий уровень на выходе схемы 48 сравнения устанавливается, если число на первом входе больше либо равно числу на втором входе. Выход схемы 48 сравнения соединен с первым входом логического элемента 49, предназначенного для управления коммутатором 50 в зависимости от результата выполняемой схемой 48 сравнения операции .
Блок 30 сравнения (фиг.7) предназначен для сравнения с порогом, поступающим на входы 26 от блока 21 обработки информации, числа, поступающего на входы 27 от блока вычислительного блока 29. Он состоит из восьмиразрядных коммутаторов 51, 56, восьмиразрядных регистров 52, 57, четырехразрядной схемы 53 сравнения, логического элемента 54, выполняющего функцию 2И-ИЛИ, двоичного счетчика 55. Коммутаторы 51, 56 выполнены на микросхеме К1533ЛИ1, регистры 52, 57 выполнены на микросхеме К1533ИР22, схема 53 сравнения выполнена на микросхеме К1533СП1, логический элемент 54, выполнен на микросхеме К1533КП2, двоичный счетчик 55 выполнен на микросхеме К1533ИЕ7. Если на входе 6 логического элемента 54 низкий уровень, то находится число, меньшее порога, если на входе 6 высокий уровень, то определяется число.
большее порога. Счетчик 55 предназначен для формирования кода признака номера последнего эталона , с которым произошло сравнение. На первый вход коммутатора 56 подаются входная четырехразрядная шина 27, трехразрядный выход счетчика 55 и признак сравнения с порогом, заданный логическим О, который поступает на седьмой разряд коммутатора 56. На второй вход коммутатора 56 приходит информация с выхода регистра 52. Регистр 57 предназначен для записи результата операции сравнения с порогом.
Блок 31 (фиг.8) формирования промежуточных результатов предназначен для формирования из восьми последовательно поступающих четырехразрядных чисел вектора восьми четырехразрядных чисел. Он состоит из двоичного счетчика 58, выполненного на микросхеме К1533ИЕ7, дешифратора 59, выполненного на микросхеме К555ИД7, восьми регистров 60, выполненных на микросхеме К1533ИР22, имеющих общие информационные и управляющие входы записи. Перед началом работы счетчик 58 по входу 12 сброса устанавливается в ноль. На его выходе устанавливается нулевой адрес, который постунает на соответствующие входы дешифратора 59. Сигнал с нулевого разряда выхода дешифратора 59 поступает на вход выбора первого регистра 60 и разрешает запись информации в него. Первое четырехразрядное слово по положительному фронту первого управляющего сигнала с входа 7 блока 31 записывается в первый регистр 60. По заднему фронту первого управляющего сигнала с входа 7 содержимое счетчика 58 увеличивается на единицу и дешифратор 59 выбирает второй регистр 60. Цикл продолжается до окончания записи в восьмой регистр 60 и сброса трехразрядного счетчика 58 в ноль.
Блок 32 хранения текущей ситуации (фиг.9) предназначен для хранения степеней принадлежности текущей ситуации. Блок 32 состоит из восьми четырехразрядных коммутаторов 61, выполненных на микросхеме К590КН6, восьми четырехразрядных регистров 62, выполненных на микросхеме К1533ТМ8, восьми четырехразрядных групп логических элементов 63, выполненных на микросхеме К1533ЛЛ1. На первую группу информационных входов коммутаторов 61 подаются сигналы с информационных входов 28 устройства, на которые поступает текущая ситуация с блока 21 обработки информации, вторая группа входов коммутаторов 61 соединена с выходом блока 31 формирования промежуточных результатов. На информационные выходы регистров 62 с выходов коммутатора 61 поступает входная текущая ситуация. По положительному фронту на входе 14 информация записывается в регистры 62. По высокому уровню на управляющем входе 16 на выходе блока 32, соединенного с выходами соответствующих групп логических элементов 63, появляется текущая ситуация с выходов регистров 62. Блок 9 постоянного запоминающего устройства является особым типом внутренней памяти, содержимое которого не изменяется навеем протяжении работы системы автоматического управления. Этот блок содержит системные программы и данные, связанные с жизнеобеспечением системы. В
рассматриваемом примере реализации блок 9 постоянного запоминающего устройства выполнен на микросхемах К573РФ5.
Блок 10 оперативного запоминающего устройства предназначен для хранения используемых в текущий момент времени программ и данных. В рассматриваемом примере реализации блок 10 оперативного запоминающего устройства выполнен на   микросхемах К537РУ10.
Блок 11 хранения эталонных ситуаций предназначен для хранения степеней принадлежностей эталонных ситуаций. Структурная схема блока 11 хранения эталонных ситуаций представлена на фиг. 10. Блок И состоит из шестиразрядного регистра 69 с инверсными выходами, двоичного трехразрядного счетчика 70, логических элементов 71 и 72, реализующих функцию И, элемента 73 памяти, имеющего трехразрядный адресный вход и щестиразрядный выход данных, двоичного восьмиразрядного счетчика 74, семиразрядного полного сумматора 75, группы логических элементов 76, реализующих функцию ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, восьмиразрядного коммутатора 77, четырехразрядной схемы 78 сравнения, элементов 79 памяти, имеющих восьмиразрядную шину адреса и 32-разрядную шину данных, логического элемента 80, реализующего функцию ИЛИ.
Регистр 69, счетчики 70 и 74, элементы 73 памяти, сумматор 75, логические элементы 76 и 80, коммутатор 77 и схема 78 сравнения в совокупности предназначены для организации хранения в элементах 79 памяти степеней принадлежности эталонных ситуаций и управления ими. Для этого используется следующая организация размещения данных в элементах 79 памяти (таблица 1).
Размещение эталонных ситуаций в элементах памяти
Таблица 1
элементах 79 памяти. Три младших разряда эталонной ситуации (адрес в сегменте) определяются выходами трех младших разрядов сумматора 75 и указывают требуемый адрес в сегменте памяти. Три разряда адреса эталон но и ситуации (адрес сегмента) определяются выходами счетчика 70, указывают адрес сегмента в элементах 79 памяти и могут принимать значение от 000 до 111.
В блоке 11 регистр 69 выполнен на микросхеме 1533ИР23, счетчик 70 выполнен на микросхеме К1533ИЕ7, логические элементы 71 и 72 выполнены на микросхеме К1533ЛЛ1, элемент 73 памяти выполнен на микросхеме К573РФ5, счетчик 74, выполнен на микросхеме К1533ИЕ7, группа логических элементов 76, выполнена на микросхеме К1533ЛП5, коммутатор 77 выполнен на микросхеме К590КН6, схема 78 сравнения выполнена на микросхеме К1533СП1, элемент 79 памяти выполнен на микросхеме К573РФ5, логический элемент 80 выполнен на микросхеме К1533ЛЕ1.
Принцип работы системы автоматического управления основан на последовательном опросе датчиков постоянного контроля и обьекта управления, полученные данные от которых представляются в виде текущей нечеткой ситуации, в которой находится объект управления. Возможные ситуации, в которых может находиться объект управления в процессе функционирования системы, рассматриваемые как эталонные ситуации, и вырабатываемые при этом управляющие воздействия, получаемые путем привлечения знаний человека-эксперта, описываются в виде значений функций принадлежности. Считается, что объект управления находится в такой эталонной ситуации, степень нечеткого равенства которой с текущей максимальна. Соответственно вырабатывается управляющее решение.
Работа системы автоматического управления происходит следующим образом.
При инициализации программы блок 1 программного управления устанавливает исполнительные механизмы в исходное положение, блок 5 релейного коммутатора подключает датчики 2 постоянного контроля и 1-й объект 3 управления к блоку 7 ситуационного управления. Совокупность данных, полученная от датчиков 2 постоянного .контроля и 1-го объект 3 управления, определяется как текущая ситуация по этому объекту. В блоке 7 ситуационного управления при инициализации программы блок 8 принятия решений производит очистку блока 10 оперативного запоминающего устройства, записывает в блок 11 хранения эталонных ситуаций восемь эталонных ситуаций первого уровня, описывающие возможные состояния и Iго объекта управления на первом уровне распознавания. В блок 10 оперативного запоминающего устройства блоком 8 принятия решений записываются данные от датчиков 2 постоянного контроля и 1-го обьекта управления 3, рассматриваемые как текущая ситуация по объекту управления. Затем, текущая ситуация по объекту управления, представленная блоком 21 обработки информации блока 8 принятия решений в вйде значений функций принадлежности поступает на первую группу информационных входов
коммутаторов 61 блока 32 хранения текущей ситуации. Обработки нечеткой информации начинается с первого уровня, который предусматривает наличие в блоке 11 хранения эталонных ситуаций восьми эталонных ситуаций. В случае нахождения эталонной ситуации, степень нечеткого включения или нечеткого равенства которой с текущей ситуации больше заданного порога, то найденная таким образом эталонная ситуация считывается с выхода блока 30 сравнения. Если такая эталонная ситуация не найдена, то текущая ситуация попадает на выходы блока 31 формирования промежуточных результатов, из блока 11 хранения эталонных ситуаций считываются следующие восемь эталонных ситуаций, текущая ситуация вновь записывается в блок 32 хранения текущей ситуации и и происходит ее обработка на втором уровне. Временная диаграмм а работы на нервом уровне распознавания приведена на фиг.П.
По положительному фронту управляющего ситала от блока 1 (сигнал пуска), логический элемент 26 пропускает на счетный вход счетчика 27 тактовые импульсы с выхода блока 25 генератора тактовых импульсов, который формирует начальный адрес для элемента 28 памяти. На управляющих выходах 14,17 и 19 элемента 28 памяти блока 8 принятия рещений формируются сигналы Y14, Y17 и Y19, на управляющем входе коммутаторов 61 устанавливается логический О, по которому коммутаторы 61 блока 32 хранения текущей ситуации пропускают текущую ситуацию на входы регистров 62, в которые информация записывается по положительному фронту сигнала на управляющем входе 14. Блок 32 хранения текущей ситуации хранит степени принадлежности текущей ситуации все время работы устройства.
Одновременно, по положительному фронту управляющего сигнал 17 с управляющего выхода 17 элемента 28 памяти блока 8 принятия рещений , счетчик 70, логический э.11емент 71 и элемент 73 памяти за время ti осуществляют определение трех старших разрядов адреса первой эталонной ситуации (адрес сегмента) в элементах 79 памяти. По положительному фронту управляющего сигнала Y19 с управляющего выхода 19 элемента 28 памяти блока 8 принятия рещений логический элемент 71 блока 11 хранения эталонных ситуаций пропускает на счетный вход счетчика 70 счетные импульсы Y20 с управляющего выхода 20 элемента 28 памяти блока 8 принятия решений. Под воздействием управляющего сигнала счетчик 70 последовательно формирует три старщих разряда адреса, поступающие на адресный вход элемента 73 памяти и адресный вход ( разряды A3 - А5) коммутатора 77.
Регистр 69, сумматор 75, группа логических элементов 76 и схема 78 сравнения за время t2 формируют три младших разряда первой эталонной ситуации (адрес в сегменте), определяющие требуемый адрес в сегменте памяти хранения первой эталонной ситуации.
элементов 79 памяти, и последующую выдачу на информационные выходы 25 блока 11 хранение первой эталонной ситуации.
По положительному фронту сигнала Y11 с выхода 11 элемента 28 памяти блока 8 принятия решений производится запись степеней принадлежности первой эталонной ситуации в регистры 36 ячеек 33 вычислительного блока 29. Выполняемая операция задается на управляющих входах 1, 2, 3, 4 соответствующим кодом, устанавливаемым блоком 21 обработки информации. Коды выполняемых операций приведены в табл.2. На информационных входах 24 блоком 32 хранения текущей ситуации установлено текущее значение степени принадлежности, поступающее на первые входы схемы 39 сравнения и первые входы коммутатора 40. Через группу 35 инверторов инверсное значения степени принадлежности текущей ситуации поступают на первые входы схемы 38 сравнения и коммутатора 37. С прямого и инверсного выходов регистра 36 степени принадлежности эталонной ситуации поступают на вторые входы схем 38 и 39 сравнения и вторые входы коммутаторов 37 и 40.
Схема 38 сравнения выполняет сравнение одной степени принадлежности эталонной ситуации (прямые выходы регистра 36) и инверсного значения одной степени принадлежности текущей ситуации (выход группы 35 инверторов). На выходе схемы 38 сравнения устанавливается высокий уровень, который поступает на первый вход логического элемента 41, если инверсия текущего значения меньше эталонного значения. Если инверсия текущего значения больше либо равна эталонному значению, на выходе схемы 38 сравнения устанавливается низкий уровень. При подаче высокого уровня на управляющий вход 1 и низкого уровня на управляющий вход 3 ячейки 33 (для реализации операций эквивалентности, импликации) разрешается выбор данных коммутатору 37 в соответствии с результатом сравнения на схеме 38 сравнения.
В зависимости от управляющего сигнала, коммутатор 37 осуществляет коммутацию инверсии текущего значения (выход группы 35 инверторов) и эталонного значения (прямые выходы регистра 36). Коды выполняемых операций
Таблица 2
Схема 39 сравнения выполняет сравнение значения одной степени принадлежности текущей ситуации и инверсного значения одной степени принадлежности эталонной ситуации . На выходе схемы 39 устанавливаегся высокий уровень, который поступает на первый вход логического элемента 42, если инверсия эталонного значения меньше, чем текущее значение, и низкий уровень, если инверсия эталонного значения больше либо равна текущему значению. При подаче низкого уровня на управляющий вход 1 ячейки 33 разрешается прохождение сигнала с выхода схемы 39 сравнения на управление коммутатором 40 (операции эквивалентности, импликации). В зависимости от управляющего сигнала, коммутатор 40 осуществляет коммутацию входов 24 ячейки 33 (текущее значение) или инверсных выходов регистра 36 (инверсия эталонного значения). При высоком уровне на входе 1 на выходе логического элемента 42 формируется высокий уровень (на выходе коммутатора 40 - текущее значение).
Схема 45 сравнения выполняет сравнение значений с выходов коммутаторов 37 и 40. На выходе схемы 45 сравнения формируется сигнал высокого уровня, если значение с выхода коммутатора 40 меньше, чем значение с выхода коммутатора 37. Если значение с выхода коммутатора 40 больше либо равно значению с выхода коммутатора 37, то на выходе схемы 45 сравнения формируется сигнал низкого уровня. При высоком уровне на входе 2 ячейки 33 на выходе логического элемента 43 появляется высокий уровень (используется для реализации операций импликации и отрицания), а на выходе коммутатора 59 появляется значение с выхода комд утатора 57. При низком уровне на входе 2 ячейки 33 состояние выхода коммутатора 59 определяется схемой 45 сравнения. Результат выполненной операции записывается в прямом коде в регистр 47 и поступает на вход ячейки 34 по управляющему сигналу Y10 с выхода 10 элемента 28 памяти.
Одновременно содержимое счетчика 70 блока 11 хранения эталонных ситуаций увеличивается на единицу и за время ti осуществляют определение трех старших разрядов адреса второй эталонной ситуации, за время ii формируют три младших разряда второй эталонной ситуации, и за время t выбирается вторая эталонная ситуация.
Ячейки 34 осуществляют выбор наименьшей или наибольшей из восьми четырехразрядных степеней принадлежности, поступающих с выходов ячеек 33 . При высоком уровне на управляющем входе 5 определяется наибольшее число, при низком уровне - наименьшее число. В результате выполненной операции четырехразрядное число снимается с выхода ячейки 34.N.
Первое четырехразрядное число поступает на первый вход схемы 48 сравнения и первый вход коммутатора 50, второе число - соответственно на вторые входы схемы 48 сравнения и коммутатора 50. Если число на первом входе схемы 48 сравнения меньше числа на втором входе, то на ее выходе устанавливается высокий уровень. Низкий уровень на выходе схемы 48 сравнения устанавливается, если число на первом входе больше либо равно числу на втором входе.
По положительному фронту управляющего сигнала Y11 производится запись степеней принадлежности второй эталонной ситуации в регистры 36 ячеек 33 вычислительного блока 29, а по положительному фронту сигнала Y7 с управляющего выхода 7 элемента 28 памяти производится запись наименьшего числа в первый регистр 60.1 блока 31 формирования промежуточных результатов. Перед началом работы счетчик 58 по входу 7 сброса устанавливается в ноль. На его выходе устанавливается нулевой адрес, который поступает на соответствующие входы дешифратора 59. Сигнал нулевого выхода дешифратора 59 поступает на вход выбора первого регистра 60.1 и разрешает запись информации в него по положительному фронту сигнала Y7 с управляющего выхода 7 элемента 28 памяти. Первое четырехразрядное слово по положительному фронту первого управляющего сигнала с входа 7 блока 31 записывается в первый регистр 60.1. По заднему фронту первого управляющего сигнала с входа 7 содержимое счетчика 58 увеличивается на единицу и дешифратор 59.
По положительному фронту сигнала 20 содержимое счетчика 70 и сумматора 75 блока 11 хранения эталонных ситуаций увеличивается на единицу и выбирается третья эталонная ситуация.
Далее устройство для обработки нечеткой информации работает циклически. По положительному фронту восьмого сигна па Y7 производится запись наименьшего числа из результатов операции эквивалентности текущей и восьмой эталонной ситуаций в восьмой регистр 60.8 блока 31 хранения промежуточных результатов. По положительным фронтам сигналов Y12 и Y18 с выходов элемента 28 памяти счетчик 58 блока 31 хранения промежуточных результатов и счетчик 70 блока 11 хранения эталонных ситуаций устанавливаются в исходное состояние (но.1ть). Формируется сигнал Y19 низкого уровня, запрещающий работу счетчика 70. Сигнал высокого уровня Y15 разрешает прохождение данных с выхода блока 31 формирования промежуточных результатов на входы блока 32 хранения текущей ситуации. Работа устройства для обработки нечеткой информации на первом уровне закончена.
Временная диаграмма работы на втором уровне обработки нечеткой информации приведена на фиг.12. На управляющем входе счетчика 27 блоком 21 обработки информации устанавливается сигнал высокого уровня, разрешающий реализацию второго уровеня обработки нечеткой информации, по положительному фронту которого в счетчик 27 производится запись адреса микропрограммы второго уровня обработки нечеткой информации. По положительному фронту управляющего сигнала Y14 с управляющего выхода 14 элемента 28 памяти блока 8 принятия решений и при высоком уровне сигнала Y15 на управляющем входе коммутаторов 61.1 61.8 блока 32 хранения текущей ситуации производится запись текущей ситуации с выходов блока 31 формирования промежуточных результатов через коммутаторы 61.1 - 61.8 в регистры 62 блока 32 хранения текущей ситуации. На управляющем выходе 22 элемента 28 памяти блока 8 принятия
решений формируется сигнал высокого уровня У22, определяющий формирование регистром 69, сумматором 75, группой логических элементов 76 и схемой 78 сравнения блока 11 хранения эта понных ситуаций адресов эталонных ситуаций второго уровня. На входах параллельной загрузки счетчика 74 устанавливается адрес первой эталонной ситуации второго уровня обработки нечеткой информации.
Дальнейшая работа устройства аналогично ее работе на нервом уровне обработки нечеткой информации.
После обработки восьмой эталонной ситуации нроизводится сброс счетчика 58 блока 31 формирования промежуточных результатов (сигнал Y12), счетчика 74 блока 11 хранения эталонных ситуаций (ситнал Y23), счетчика 55 блока 30 последовательного сравнения с порогом (сигнал Y8). На управляющем выходе элемента 28 памяти формируется управляющий сигна. признака конца обработки (сигнал стоп) и производится сброс счетчика 27.
Съем результатов обработки нечеткой информации блоком 21 обработки информации осуществляется с выходов регистра 57 блока 30 последовательного сравнения с порогом по сигналу конца обработки.
Таким образом, установлена эталонная ситуация Si, имеющая наибольшую степень сходства с текущей нечеткой ситуацией So, в которой находится обьект управления, следовательно должно быть принято управляющее решение R, соответствующее нечеткой ситуации S,.
Следует выделить два типа управляющих воздействий, формируемых блоком 8 принятия решений:
Воздействие, которое включено в автоматизированном режиме в обратную связь и преобразование текущей ситуации по обьекту управления осуществляется в автоматическом режиме.
Воздействие, вызванное возникновением некоторой нештатной ситуации и требующей выполнения некоторых организационно-технических мероприятий.
В первом случае блок 8 принятия решений выдает на источник б питания команду в числовом виде о включении тех или иных исполнительных механизмов.
Во втором случае, блок принятия решений 8 передает на блок 1 программного управления сообщение о возникновении нештатной ситуации и рекомендуемый человеку-оператору план действий.
Таким образом, предложенная полезная модель позволяет повысить эффективность функционирования системы автоматического управления сложным многопараметрическим обьектом, обеспечить ее адаптацию под конкретные условия эксплуатации путем представления состояния обьекта в виде нечеткой текущей ситуации, обеспечивающее включение в рассмотрение больщого количества обычно не учитываемых, но влияющих параметров, приближением алгоритма работы системы управления к действиям человекаоператора.
источники ИНФОРМАЦИИ:
1.Патент РФ №2010292, кл. G 05 В 19/02, заявлено 4.0292, опубликовано 30.03.94, бюл. JNo 6.
2.Авторское свидетельство № 1735806, кл. G 05 В 19/00, заявлено 22.06.89, опубликовано 23.05.92, бюл. № 19. - прототип.
3.Поспелов Д.А. Ситуационное управление: теория и практика.М.:НаукаД986. -288с.
ПачальникВИМВД
Автор:
А.В. Заряев
А.Ф. Слепцов