Адаптивный прогнозатор производственных показателей — SU 1658175 (original) (raw)
(5)5 0 06 Г 15/46 ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМПРИ ГКНТ СССР ВСЕСОЕЗНЦ ЙУДТЙ- тсилЧЕВИИ(71) Сибирский металлургический институтим. Серго Орджоникидзе и Западно - Сибирский металлургический комбинат им, 50-летия Великого Октября(56) Авторское свидетельство СССРМ 1410060, кл. 0 06 Е 15/46, 1986,Ивахненко А.Г. и Лапа В,Г, Предсказание случайных процессов, - Киев: Науковадумка, 1971, с, 162, рис. 80.(54) АДАПТИВНЫЙ ПРОГНОЗАТОР ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПОКАЗАТЕЛЕЙ 9,.Я 2, 1658175 А 1(57) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано в системах управления производством. Цель изобретения - повышение точности прогнозирования и расширение функциональных возможностей прогноза- тора, Прогнозатор содержит задатчик 1 программного изменения первичного параметра, фильтры 2-8 низкой частоты, блоки 9 - 15 вычитания, блоки 16-21 умножения, сумматоры 22 - 28, квадратор 29, блоки 30 и 31 деления и интеграторы 32 и 33, За счет адаптации к ходу производственного процесса повышается точность прогнозирования его хода, включая и его обобщенные параметры, 3 ил.Изобретение относится к автоматике ивычислительной технике и может быть использовано в системах автоматизированного управления производством,Цель изобретенияповышение 1 очности прогнозирования и расширение функциональных возможностей путемопределения интегральных показателей,Прогнозатор обладает способностьюадаптивного прогнозирования траектории 10изменения первичных производственныхпеременных, расчетных интегральных показателей, а также параметрических(коэффициентных) показателей производственнойсистемы, К первичным производственным 15переменным относится, напримео, объемвыпуска продукции за единицу времени(час, смену, сутки). К соответственныл расчетным интегральным показателям относится суммарный объем выпуска за период 20(неделя, месяц), К параметрическим показателям относится, например, коэффициентсоответствия между заданным (плановым) ифактическим объемом выпуска продукции,коэффициент удел ьно го расхода с ы рья и т. 25и, Прогнозатор позволяет получать упрежда:ощую оценку значений показателей г роиэводственнои системы на отрезке времениот текущего моменга до конц,э плановогопериода. При этом главными опредепяющими факторами являются: заданные (программные, расчетные) граекторииизмснения показателей производственнойсистемы на интервале планирования (программирования); фактические траекгории 35изменения этих показателей на отрез".евремени от начала интервала планированиядо текущего момента времени, Наличие такого про ноэатсра позволяет реализоватьпричцип управления с прогнозированием и, 40как следствие, повысить эффективностьпроизводственной систсмы.На фиг. 1 дана схема прогнозатора; нафиг, 2 - схема первого интегра 1 ора; на фиг.3 - временная диаграмма его работы. 45На флг. 1 приняты следующие обозначения: х(т+- прогноэируемое на интервале времени с, т + О) значение пеовичнойпеременной; Й(т+ 6) - прогнозируемое значение расчетного интегрального г,окаэателя 50О; К 1,с+ 6) - нормативный прогноз коэффициен го пропорциональности; х(Ц - фагическое:.начение первичной переменной вмомент времени 1; б - параметр иденти ьикацли: 0=- (т - т) - интервал прогнозиров:.1- 55ния (разность между конечным;и текущим,кк1 моментами времени) 1, 1 - н- чал н.й икочечный моменты времен: ( раницы интервала программирования рэбо ы проиэводственной системы), а - параметр расчета интегрального показателя; О (т) - заданное (ппановое) значение интегрального показателя на момент 1 .кАдаптивный прогноэатор содержит задатчик 1 программного изменения первичного параметра, с первого по седьмой фильтры 2 - 8 низкой частоты, с первого по седьмой блоки 9-15 вычитания, с первого по шестой блоки 16-21 умножения, с первого по седьмой сумматоры 22 - 28,квадратор 29, первый 30 и второй 31 блоки деления, первый 32 и второй 33 интеграторы.На фиг, 1 обозначены входы прогноза- тора для измерения первичного параметра 34, для ввода коэффициента идентификации 35, ингервала экстраполяции 36, конечного 37на ального 38 моментов интервала прогнозирования, коэффициента расчета интегрального показателя 39, требующегося значения интегрального показателя 40 и выходы прогнозируемых значений первичного г.оказателя 41, интегрального показателя 42 и расчетного коэффициента интенсивности работы производственной системы 43. Функционально элементы, образующие прогнозэтэр, могут быть объединены в ряд блоков, которь 1 обозначены на чертеже; идентификатор 44, зкстраполятор 45, блок 46 пере- счетного прогнозирования, блок 47 расчета и,теграпьного показателя и блок 48 расчета озффициента интенсивности работы производственной системы.Интеграгор 32 включает блоки 49 и 50 оператлвной памяти, генератор 51 импульсов, блоки интегрирования 52, вычитания 53, реле 54 с контактами Р 1 и Р 2 и блок 55 умножения.Прогнозатор работает следующим образом.В момент пуска прогнозатора, совпадающего с начальным моментом т интервала планирования рабо ы производственной системы, с выхода задатчика 1 на вход второго фильтра низкой частоты 3 и вход блока 10 начинает поступать сигнал х(т) заданной (плановой) траектории изменения первичной переменной. Одновременно на вход 34 поступает сигнал х(т) фактического значения первичной переменной, Индентификатор 44, используя информацию х (т), х(т), формируег оценки коэффициентов модели "заданиефак.г" следующего вида:х(т) = 3 Г,(т) + К,х(т),г. х"(т) - расчетнре значение первичной переменной; Ко(т), К 1(т) - оценки коэффициентов модели, пгтчаемые на выходе иденти икаторз 44 в соответствии с алгоритмомРКо(т) = х(т) - К 1 хф(т),где д х(с) = х(т) - х(с) - приращение фактического значения первичной переменной по отношению к ее сглаженному значению х;д х(с) = х(т) - х(1) - приращение заданного значения первичной переменной относительно его сглаженного значения х(с);К 1(с) - сглаженное значение оценки коэффициента К 1(1) на момент времени с;б - постоянный коэффициент алгоритма идентификации.Сглаженные значения %(1), хф(с) сигналов х(с), х(с) формируются на выходах первого и второго фильтров низкой частоты 2 и 3 соответственно. приращения д х(с), д х(1) вычисляются блоками 9 и 1 О соответственно, Сигнал дх(1) поступает на первый вход блока 11, на второй вход которого подается сигнал Кф) дх(1), формируемый на выходе блока 16 умножения. Сигнал разностид х(т) - К 1(т)д х(с) с блока 11 поступает на вход блока 30 деления. Сигнал д х(с) с выхода блока 10 подается на вход блока 16 умножения и на вход квадратора 29, который совместно с вторым сумматором 23 формирует сигнал (б + д х(1, поступающий на второй вход блока 30, причем константа б подается на вход сумматора 23 с входа устройства 35. На выходе блока 30 выдается сигнал отношения б +д х(т)"который складывается в первом сумматоре 22 с сигналом К 1(1), поступающим на вход сумматора 22 с выхода фильтра низкой частоты 4, на вход которого поступает результат суммирования, а именно сигнал оценки 1 ф). Последний подается также на вход блока 17 умножения, на первый вход которого с выхода второго фильтра 3 низкой частоты поступает сигнал х(с),Сигнал произведения К 1 х+(т) с выходафильтра 3 подается на вход блока 12, на другом входе которого имеется сигнал х(1) с выхода первого фильтра 2 низкой частоты.На выходе блока 12 имеем сигнал Ко(1) оценки коэффициента модели "задание - факт".Сигналы Ко(с), К 1(т) подаются на соответствующие входы экстраполятора 45(входы седьмого фильтра 8 низкой частоты и шестого блока 14 вычитания и входы пятого фильтра низкой частоты 6 и пятого блока 13 вычитания). Экстраполятор 45 реализует следующий алгоритмКЬ+ Й=ао+Ь,О; лК 1(1+ 9- а 1+ Ь 10,где ао, а 1, Ьо, Ь 1 - параметры экстраполятора 4;ко(1+ 6), кф+ О) - экстраполированныезначения оценок коэффициентов Ко(1). Кф),Параметры а 1, Ь 1 экстраполятора 45оцениваются с помощью двухслойной схемы фильтрации, включающей четвертый 5 ипятый 6 фильтры низкой частоты, соединенные между собой посредством блока 13, Приэтом на входы фильтра 6 и блока 13 подаетсясигнал Кф). С выхода фильтра 6 выдаетсясигнал а , который подается на сумматор 24и на вход блока 13, формирующего сигналразности Кф) - а 1, подаваемый на входчетвертого фильтра 5, на выходе котороговыдается сигнал Ь 1. Аналогичным образомоцениваются параметры ао, Ьо экстраполятора, Соответствующая двухслойная схемафильтрации включает шестой 7 и седьмой 8фильтры низкой частоты и блок 14. При этомна вход,ы фильтра 8 и блока 14 подаетсясигнал Ко(1), а с выхода фильтра 8 выдаетсясигнал а который подается на сумматор 25и на вход блока 14, формирующего сигналразности К, - ао, подаваемый на входшестого фильтра 7, на выходе которого выдается сигнал Ьо, На вторые входы третьего18 и четвертого 19 блоков умножения с входа 36 подается сигнал интервала экстраполяции О На выходе блоков 18 и 19формируются сигналы произведений Ь 1 О,Ь,О соответственно, которые подаются навходы сумматоров 24 и 25 соответственно,На выходах сумматоров 24 и 25 формируются сигналы экстраполированных значенийкоэффициентов К 1(1+ 6), Ко(1+ О) соответственно, которые подаются на входы блока 46пересчетного прогнозирования блока 20 умножения и вход сумматора 27. Блок 46 реализует следующий алгоритм:х(т+ 6) = К,(т+ О) + Кф + 6), х(с + О);х(с + 6) = х(т),Сигнал х(1) подается на вход блока 20с выхода второго фильтра 3 на выходе которого формируется сигнал 1(т + 6)х(1 +О ),который подается на вход сумматора 27,формирующего сигнал х(с + 6), выдаваемыйна выход 41, а также на вход первого интегратора 32, являющийся одним из входовблока 47 расчета интегрального показателя.Сигнал момента времени т подается нэдругой вход интегратора 32 с входа 37. Блок47 реализует алгоритм1лк0(с) =аХ х(т - т)бт+Хх(с+О)бОн0 т(С"), 0 О(к), 1658175лгде О(1) - прогнозируемое на момент времени т значение интегрального показателя работы производственной системы;а - масштабный коэффициент;х(т - т) - реализация входного сигналах(т) устройства на отрезке времени 1", т;х(т + 6) - реализация прогнозируемогосигнала на интервале т. т" .На выходе интегратора 32 формируетсясигнал / х ( т + О) О 0 который подается на1вход сумматора 26. На входы второго интегратора 33 подаются сигналы х(1) и т" с входов 34 и 38, На выходе интегратора 33формируется сигнал (х (1 - т) б т кото 4рый подается на вход сумматора 26. Выходной сигнал сумматора 26 подается на входшестого блока 21 умножения, на другом входе которого установлен сигнал а подаваемый с входа 39. Результат умножения -сигнал 0 ( 1 ) подается на выход 42 устройства и на вход блока 48 расчета коэффициента интенсивности (вход блока 15). Блок48 предназначен для определения такихзначений коэффиента Кф) интенсивностина отрезке времени т, 1 , которые обеспеК(т= 0(т ), где 0(т) - заданное(плановое)значение интегрального показателя на конец интервала планирования, Блок 48 реализует следующий алгоритмК; (1 + 9 =- 1,КСигнал заданного значения 0(1 ) подается с входа 40 на вход седьмого блока 15вычитания и на блок 31 деления, С выхоааблока 15 сигнал разности ЛО = 0(т ) -.-0(1 ) подается нэ вход блока 31, на выхокде которого формируется сигнал отношенияЬО/0(т ). Последний подается на вход сум Кматора 28, на другом входе которого имеется сигнал К 1(1 + 0 ), поданный с выходасумматора 24. Реэул ьтэт сумм и рова н ия свыхода сумматора 28 подается на выход 43,Таким образом, на выходах устройства формируются три сигнала: сигнал прогнозилруемого значения х(т+ 0 ) первичной производственной переменной, сигнал прогнозируемого значения 0(1 ) интегральной переменной на конец с" интервала планирования, сигнал прогноза требуемого значения К 1 (т+ 0 ) коэффициента интенсивности работы производственной сист- мы.Интегратор 32 работает следующим образом,5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 55 Входной сигнал х+ 0 ) поступает на вход блока 49 через контакт Р 1, который замыкается с периодичностью, задаваемой генератором 51 импульсов, В моменты размыкания Рна выходе блока 49 (в точке А) имеем постоянный сигнал О(А), который через замкнутый контакт Р 2 поступает на первый вход блока умножения, Нэ второй вход последнего с выхода блока вычитания поступает сигнал разности 1 - т, где 1к к сигнал заданного момента окончания инф тервала прогнозирования, 1 - сигнал текущего момента времени, который формируется на выходе блока интегрирования прямоугольных импульсов, Генератор 51 вместе с блоком 52 играет роль датчика те сущео времени, который включается в, момент г,уска устройства. Сигнал произведения О(А) - хт + 0 )т - т, появляющийся на выходе блока умножения (в точке В), является оценкой интеграла клх(1+0)00, которая запоминается 1блоком 50, На выходе последнего имеется сигнал кусочно - ступенчатого вида, уменьшающийся по мере уменьшения разности 1- 1,Временная диаграмма, поясняющая работу блоков интегратора 32 представлена на фиг 3, Точность оценивания интеграла в рассмотренной схеме определяется, главным образом, частотой сигнала прямоугольной волны, формируемого генератором 51, Чем выше частота, тем точнее экстраполируется сигнал х(т + 0 ) и, как следствие, точнее оценивается искомый интеграл.Гаким образом, интегратор 32, содержащий описанные блоки, интегрирует прогноэируемый (экстраполируемый посредством "простой сдвижки") сигнал х(1+ 0 ).Формула изобретения Адаптивный прогнозатор производственных показателей, содержащий семь фильтров низкой частоты и первый и второй сумматоры, вход пер,:ого слагаемого первого сумматора соединен с выходом третьего фильтра низкой частоты, вход первого слагаемого второго сумматора является входом прогнозатора для задания коэффициента идентификации, вход первого фильтра низкой частоты связан с входом прогнозатора для измерения первичного параметра, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что, с целью повышения точности прогнозирования и расширения функциональных возможностей путем определения интегральных показателей, в прогноэатор введены задэтчик программного изменения первичного параметра, семь блоков аычитэния, шесть блоков умноже 1658175 10ния, сумматоры с третьего по седьмой, квадратор, два блока деления, первый и второй интеграторы, входы сброса и выдачи результата интегрирования которых соединены соответственно с входами прогнозатора;,ля подачи сигналов о начале и конце ин гервлла прогнозирования, информационный вход второго интегратора и вход уменьшаемого первого блока вычитания связаны с входом прогнозатора для измерения первичного параметра, вход вычитаемого первого блока вычитания и вход уменьшаемого четвертого блока вычитания подключены к выходу первого фильтра низкой частоты, выход первого блока вычитания соединен с входом уменьшаемого третьего блока вычитания, вход вычитаемого которого связан с выходом первого блока умножения, а выход - с входом делимого первого блска деления, вход делителя которого подключен к выходу второго сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с выходом квадратора, вход которого и вход первого сомножителя первого блока умножения связан с выходом второго блока вычитания, вход уменьшаемого и вход второго фильтра низкой частоты подключнены к выходу задагчика программного изменения первичного параметра, выход второго фильтра низкой частоты соединен с входом вычитаемого второго блока вычитания и с входами первых сомножителей второго и пятого блоков умножения, вход второго сомножителя первого блока умножения связан с выходом третьего фильтра низкой частоты, вход которого, вход четвертого фильтра низкой частоты и вход второго сомножителя второго блока умножения подключены к выходу пятого блока вычитания, вход уменьшаемого которого и вход пятого фильтра низкой частоты соединены с выходом первого сумматора, а вход вычитаемого и вход первого слагаемого третьего сумматора связаны с выходом пятого фильтра низкой частоты, выход первого блока деления подключен к входу второго слагаемого первого сумматора, вход вычитаемого четвертого блока вычитания соединен с выходом второго блока умножения, а выход - с входом седьмого фильтра низкой частоты и с входом уменьшаемого шестого блока вычитания, вход вы 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 читаемого которого и вход первого слагаемого четвертого сумматора связаны с выходом седьмого фильтра низкой частоты, выход шестого блока вычитания подключен к входу шестого фильтра низкой частоты, выход которого соединен с входом первого сомножителя четвертого блока умножения, выход которого связан с входом второго слагаемого четвертого сумматора, а вход второго сомножителя и вход первого сомножителя третьего блока умножения подключены к входу прогнозатора для задания интервала экстраполяции, вход второго сомножителя третьего блока умножения соединен с выходом четвертого фильтра низкой частоты, а выход - с входом второго слагаемого третьего сумматора, выход которого связан с входом первого слагаемого седьмого сумматора и входом второго сомножителя пятого блока умножения, выход которого подключен к входу первого слагаемого шестого сумматора, вход второго слагаемого которого соединен с выходом четвертого сумматора, а выход, служащий выходом прогнозатора для выдачи прогноэируемого значения первичного показателя, связан также с информационным входом первого интегратора, выходы первого и второго интеграторов подключены к входам двух слагаемых пятого сумматора, выход которого соединен с входом первого сомножителя шестого блока умножения, вход второго сомножителя которого является входом прогнозатора для задания коэффициента расчета интегрального показателя, выход шестого блока умножения является выходом прогнозатора для выдачи прогнозируемого значения интегрального показателя и связан с входом уменьшаемого седьмого блока вычитания, выход которого подключен к входу делимого второго блока деления, а вход вычитаемого и вход делителя второго блока деления подключены к входу прогнозатора для задания требуемого значения интегрального показателя. выход второго блока деления соединен с входом второго слагаемого седьмого сумматора, выход которого служит выходом прогноза- тора для выдачи рассчитанного коэффициента интенсивности работы производственной системы, 16581751658175 ц(д) 46) едактор Н. Лазаренк учерява аказ 1714 Тираж 423 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина. 10 х И+В) Составитель В. ВоронниковТехред М.Моргентал Коррек