Устройство для прогнозирования надежности,учитывающее тренд случайного воздействия

 

(19) (11) СОЮЗ СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСНИХ

РЕСПУБЛИН, 3(S1):6 05 В 23 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! с

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПМЙ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

1(61 ) 714362 . (21 ) 3433925/18-24 (22 ) 04. 03. 82 (46) 07.09.83. Бюл. Р 33 (72) A.A. Бурба, В.К. Дедков, В.Н. Рублев.и В.Н. Архипов (53) 621.396(088.8)(56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 7 4362, кл. G 05 В 23/02, 1979 (црототип). (54) (57) УСТРОЙСТВО ДЛЯ.ПРОГНОЗИР0ВАННН НАДЕЖНОСТИ, УЧИТЫВАЮЩЕЕ

I .ТРЕНД СЛУЧАЙНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, по авт. св. Р 714362, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности прогноза, в.него вве дены блок вычитания, пиковый детектор со сбросом, линия задержки, .ключ, усилитель, автогенератор, частотный модулятор и переключатель . первый вход которого подключен к выходу второго вычислительного бло ка, выход — к .третьему входу первого вычислительного блока, а второй вход — к выходу блока вычитания, первый вход которого соединен с пя- . тым входом устройства, а второй вход — с выходом пикового детектора со сбросом, первый вход которого подключен к выходу блока управления, который соединен через линию задержки с первым входом ключа, выход которого соединен с вторым входом пикового детектора со сбросом, а второй вход — с выходом усилителя, первый . вход которого подключен к третьему, входу устройства, а второй вход че- g рез автогенератор — к выходу частотного модулятора, вход которого подключен к четвертому входу устройства

1040468

10 !

ßii = d s in (Sn), (2) 40

65 пп

Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для прогнозирования надежности технических объектов по текущим значениям реализации, представленных в виде непрерывных случайных процессов (СП) воздействия с изменяющимся во времени математическим ожиданием, а также по сведениям о предельных воэможностях технических, объектов, т. е. сопротивляемостях.

По основному авт. св. М 714362 известно устройство для прогнозирования, содержащее коррелятор, ана лиэатор случайного процесса, первый вход которого через коррелятор соединен с первым входом устройства, а второй вход подключен непосредственно к этому же входу устройства, первый вычислительный блок, блок. управления, блок определения математического ожидания, Глок аппроксимации, второй вычислительный блок, первый вход коТорого соединен с выходом блока управления, а второй вход через блок аппроксимации и блок определения математического ожидания — с первым входом устройст ва, блок дифференцирования, сумматор и блок произведения, первый вход которого через блок дифференцирования подключен к второму входу устройства, а второй вход .= к выходу первого вычислительного бло ка, первый вход которого соединен с выходом анализатора. случайного процесса, второй вход — с выходом блока управления, третий — с выходом второго вычислительного блока, другой выход блока управления подключен к третьему входу блока произведения, выход которого соединен с первым входом сумматора,. второй вход которого подключен к выходу блока управления, а выход — к выходу устройства. Устройство позволяет учитывать при прогнозировании надежности технических объектов монотонный тренд математического ожидания случайного воздействия. В данном случае величину 6n„ отражающую изменение соотношения между математическими ожиданиями сопротивляемости и СП воздействия вследствие тренда последнего, определяют следующим выражением: где а и Ь вЂ” постоянные;

n — глубина прогноза, выраженная через число ин- тервалов корреляции СП воздействия (1J .

Недостатком известного устройст.sa является невозможность учета тренда СП воздействия, имеющего немонотонный характер. При эксплуатации технических объектов могут иметь место случаи, когда соотношение между математическими ожиданиями сопротивляемости и CIIi воздействия периодически то возрастает, то уменьшается. Это явление можно наблюдать, например, при температурных внешних воздействиях.

Цель изобретения — повышение точности прогноза за счет немонотонности тренда математического ожидания

СП воздействия при прогнозировании надежности технического объекта.

При проведении анализа немонотонных трендов, не имеющих скачков, а возрастающих и убывающих плавно., с некоторым периодом, .с точки зрения суммы квадратов невязки при аппроксимации такого тренда наиболее приемлемы два варианта аппроксимирующих выражений: параболами по полупериодам и тригонометрическими функциями, например, синусоидной на всеь| протяжении. Однако предпочтительнее . применение тригонометрической зависимости, так как аппроксимация параболами является кусочной, что существенно услОжняет определение прогноэируемых значений функции надежности. В этом случае величину 8<, отражающую изменение соотношения между математическими ожиданиями сопротивляемости и СП воздействия, определяют следующим образом: где d u S — постоянные.

Поставленная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования надежности, учитывающее тренд случайного воздействия, дополнительно снабжен автогенератором, частотным модулятором, усилителем, ключом, пиковым детектором со сбросом, лини. ей задержки, блоком вычитания и переключателем, первый вход которого подключен к выходу второго вычисли" тельного блока, выход — к третьему входу первого вычислительного блока, а второй вход — к выходу блока вычитания, первый вход которого соединен с пятым входом устройства, а второй вход - с выходом пикового детектора со сбросом, первый вход которого подключен к выходу блока управления, которыЯ соединен через линию задержки с первым входом ключа, выход которого соединен с вторым входом пикового детектора со сбросом, а второй вход - с выходом усилителя, первый вход которого подключен к третьему входу устройства, а второй вход через автогенератор - к выходу частотного модулятора, вход которох го подключен к четвертому входу уст- „, ройств а.

1040468

Ъвтогенератор формирует синусоидальные колебания, характеризующие тренд СП внешнего воздействия. Частотный модулятор задает необходимую частоту, а усилитель — амплитуду этих колебаний. Ключ, представляющий собой усилитель, работающий в режиме ключа, необходим для пропускания мгновенного значения соотношения между. математическими ожиданиями в дискретные моменты времени, кратные интервалу корреляции, за счет срабатывания ключевой схемы в течение длительности импульса глубины прогноза и.

Пиковый детектор со сбросом предназначен для формирования длительного электрического сигнала, соответствующего мгновенному значению сигнала, поступающего с ключа. Он состоит из диода, конденсатора и .q электронного ключа, выполненного. на полевом транзисторе. Принцип работы. пикового детектора со сбросом заключается в том, что мгновенное значение сигнала, поступающего с ключа на второй вход пикового детектора со сбросом, обеспечивает заряд конденсатора до величины, соответствующей величине этого сигнала (в исходном положении электронный ключ разомк. нут), что и обеспечивает на выходе пикового детектора со сбросом практически постоянный по величине сигнал, соответствующий входному. В момент поступления импульса глубины прогноза и на первый вход пикового детектора со сбросом срабатывает электронный ключ и конденсатор быстро разряжается через малое внутреннее сопротивление транзистора.

В момент окончания действия импульса глубины лрогноэа и электронный ключ приходит в исходное состояние.

Линия задержки предназначена для задержки импульса глубины прогноза и, поступающего на ключ, по сравне нию с тем же импульсом, поступающим на пиковый детектор со сбросом, с целью приведения его в исходное состояние. Переключатель осуществляет замыкание и размыкание соответствующих цепей в зависимости от режима работы устройства. Блок вычитания производит оценку аргумента условной функции распределения внешнего воздействия F„" (x- бп) относительно гипотезы о том, что предельное (допустимое) значение воздействия принадлежит элементарному отрезку х-g с х с x- Оп +dx Яп определяют по формуле (2),х — математическое ожидание сопротивляемости)..

На чертеже представлена блок-схе ма предлагаемого устройства..

Устройство для прогнозирования содержит коррелятор 1, выход которо50

Режим 1. Монотонный тренд математического ожидания случайного воздействия (переключатель 5 устанавливается таким образом, что выход второго вычислительного блока 6 соединен с третьим входом первого вычислительного блока 3, а выход -блока 18 вычитания и третий вход первого вычислительного блока 3 разобщены). Информация о воздействии на технический объект в виде СП в форме непрерывного электрического сигнала U(t), например давление, температура и т.п., поступает с входа устройства на.: вход коррелятора 1 и на второй вход анализатора 2 случайного процесса.

В корреляторе 1 определяется авто.корреляционная функция случайного го соединен с первым входом анализатора 2 случайного процесса, а вход является входом устройства. Анализагор 2 своим-вторым входом подключен к входу устройства, а выходом — к первому входу первого вычислительного блока. 3. Второй вход блока 3 соединен с выходом блока 4 управления, а третий вход — с выходом переключателя 5. первый вход которого подключен к выходу второго вычислительного блока 6. Первый вход блока 6 соеди"нен с выходом блока 4 управления, а второй вход — с выходом блока 7 аппро. ксимации, вход которого подключен к

15 выходу блока 8 определения математического ожидания. Вход блока 8 подключен к входу устройства. Вход устройства является входом блока 9 дифференцирования, соединенного своим выходом с первым входом блока 10 произведения. Второй вход блока 10 подключен к выходу первого вычислительного блока 3, третий вход — к выходу блока 4 управления, а выход к первому входу сумматора 11. Второй вход сумматора соединен с выходом блока 4 управления, а выход является выходом устройства. Выход блока 4 соединен с первым входом пикового детектора 12 со сбросом и линией

13 задержки, выход которой подключен к первому входу ключа 14. Второй вход ключа соединен с усилителем 15, первый вход которого подключен к входу устройства, второй вход через авто:гейератор 16 - . к выходу частотного модулятора 17, входом которого является вход устройства. Вход устройства является первым входом блока 18 вы-. читания, выход которого подключен к

40 второму рходу переключателя 5, а второй вход — к выходу пикового детектора 12 со сбросом, вторым входом соединенного с выходом ключа 14.

Устройство для прогнозирования

45 надежности, учитывающее тренд случайного воздействия, работает в двух режимах.

1040468 .

Прогноэируемое значение надежности 6О подается на выход устройства.

Режим 2. Немонотонный характер тренда математического ожидания слу« чайного воздействия (переключатель 5 устанавливается таким образом, 65 воздействия, а по ней ее интервал корреляции йь. Интервал корреляции задается .анализатору 2 случайного процесса, в котором случайное воздействие разбивается на промежутки д и затем в каждом иэ .полученных промежутков определяется наибольшее значение. Эти наибольшие значения поступают .на .первый вход первого вычислительного блока 3. Непрерывный СП воздействия U(й ) подается 10 также на вход блока 8 определения математического ожидания СП воздействия и, следовательно, величина 6 отражающая изменение соотношения . между математическими ожиданиями 15 сопротивляемости и СП воздействия вследствие тренда последнего. В блоке 7 аппроксимации определяются постоянные d и Ь по методу наименьших квадратов. Эти постоянные подаются во второй вычислительный блок 6, где оценивается величина аргументов условной функции распределения внешнего воздействия Г„" (х †.й ) для различных j (j =1, 2, ..., n ). Глубина прогноза и задается блоку 6 через его первый вход блоком 4 управления.

Вычисленные .значения аргумента (x- Ьj) поступают на третий вход первого вычислительного блока 3, в котором определяются условные вероятности (функции распределения ) F„,(õ-aj).

Глубина прогноза и задается блоку 3 через его второй вход блоком 4 управления. Эти условные вероятности подаются в блок 10 произведения. На первый вход блока 10 поступают с входа устройства через блок 9 дифференцирования сведения о предельных возможностях технического объекта в виде функции распределения сопро- 40 тивляемости F„"(х ). В блоке 10 произведения формируется величина л

Л (Fu (х- ь1 )) d Г(((х ), которая после

1=1. вычисления по команде с блока 4 уп- 45 равления подается на вход сумматора 11. В сумматоре эта величина суммируется К с, (К задается блоком 4 управления в зависимости от требуемой точности вычисления).

Таким образом, на выходе сумматора 11 формируется величина вероятности безотказной работы (надежности )

Rn (n) технического объекта в соответствии с формулой

55 что выход блока 18 вычитания соединен с третьим входом первого вычислительного блока 3, а выход второго вычислительного блока 6 и третий вход первого вычислительного блока 3 разобщены).

Информация о воздействии на технический объект в виде СП в форме непрерывного электрического сигнала л

u(), например давление, вибрация и т.п., поступает с входа устройства на вход коррелятора 1 и на второй вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе определяется автокорреляционная функция случайного воздействия, а по ней — ее интервал корреляции ь . Интервал кори реляции задается анализатору 2 случайного процесса, в котором случайное воздействие разбивается на промежутки b,g и затем в каждом из полученных промежутков определяется наибольшее значение,которые поступают на первый вход первого вычислительного блока 3. Автогенератор 16 формирует колебания, характеризующие тренд . случайного воздействия, частота которого задается частотным модулятором 17. Далее сигнал поступает на усилитель 15, где формируется его амплитуда. По сигналам с выхода блока 4 управления, поступающим через линию 13 задержки на первый вход ключа, пропускаются мгновенные .значения величины В, которые далее подаются на пиковый детектор со сбросом для формирования длительного с постоянной амплитудой Sj сигнала, соответствующего изменению соотношения между математическими ожиданиями сопротивляемости и СП воздействия вследствие тренда послеДнего. Далее этот сигнал поступает на вход блока 18 вычитания, где оценивается величина аргументов условной функции распределения внешнего воздействия F (x -Sj) для различных j (j =1, 2, ..., n ) .

Вычисленные значения аргумента„ (х -8 ) поступают через переключатель 5 на третий вход первого вычислительного блока 3. В дальнейшем работа блоков 3, 4, 9, 10 и 11 происходит так же, как и в режиме 1.. положитель ный: эффект предлагаемого устройства заключается в том, что оно позволит в отличие от прототипа учесть немонотонность тренда математического ожидания CII воздействия при прогнозировании надежности технического объекта. Это существенно может снизить погрешности при прогнозировании надежности в ряде случаев .на 40Ъ. Опыт эксплуатации некоторых типов технических

1040468

Составитель A. Бурба

Редактор A. Курах Текред T.Маточка: КорректорГ. Огар

Ю е»

Заказ 6928/51 Тирам 874 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Рауаская наб., д. 4/5

Филиал Ittltl "Патент", г. Умгород, ул. Проектная, 4 объектов показывает, что экономический эффект от внедрения предлагаемого устройства момет составить до 15% от затрат на введение в строй и эксплуатацию объекта.