Устройство для прогнозирования параметрической надежности технических систем

 

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ, содержащее генератор нестационарных случайных процессов, выход которого соединен с первым входом блока задания параметров нестационарных случайных процессов, второй его вход соединен с первым выходом блока управления , а выход блока задания нестационарных случайных процессов соединен с входом блока имитации реализаций случайных процессов, первый выход которого соединен с первым входом блока элементов И, выход которого соединен с первым входом блока моделей, а второй вход блока элементов И соединен с-выходом генератора стационарных случайных процессов, первый вход которого соединен с вторым выходом блока имитации реализации случайных процессов , а второй вход - с выходом блока задания параметров стационарных случайных процессов, вход которого соединен, с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом задатчика тестовых сигналов, четвертый выход блока управления соединен с первым входом счетчика циклов ьюделирования , выход которого соединен с вычислительным блоком, другой вход которого соединен с выходом блока задания допусков, отличающееся тем, что, с целью.повышения точности прогнозирования за счет учета влиятия мультипликативных помех, оно содержит блок коммутации , блок умножения и блок задания внешних возмущающих фактоi ров, вход которого соединен с пятым выходом блока управления, а (Л выход - с первым .входом блока умножения , второй вход которого соединен с первым выходом блока коммутации , а выход - с первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом задатчика тестовых сигналов, третий вход с выходом блока моделей, второй выход - с вторым входом блока модеел лей, а третий выход - с входом блока задания допусков. со 2. Устройство по п, 1, отли01 чающееся тем, что блок управления содержит генератор тактовых х импульсов, четыре линии задержки и четыре формирователя сигналов, вЫ- / ход генератора тактовых импульсов соединен с первым выходом блока управления и через последователь ,но соединенные линии задержки и формирователи сигналов с соответствующими выходами блока управле ния .

COOS СОВЕТСНИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИН

3(5П G 06 F 15 46

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЙ

Н ABTGPGHGMV СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИЙ (21) 3441815/18-24 (22) 21.05.82 (46) 07.12.83. Бюл. Р 45 (72) B,С.Воробьев и A.Ã..Øåëåïàåâ (71) Новосибирский филиал Всесоюзного научно-исследовательского института транспортного строительст ва (53) 681,326 (088.8) (56) 1. Авторское свидетельство СССР

Р 525106, кл. С 06 F 15/46, 1975.

2. Авторское свидетельство СССР

9 732894, кл. G 06 F 15/46, 1978 (прототип) . (54) (57)1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ

ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ, содержащее генератор нестационарных случайных процессов, выход которого соединен с первым входом блока задания параметров нестационарных случайных процессов, второй его вход соединен с первым выходом блока управления, а выход блока задания нестационарных случайных процессов соединен с входом блока ивытации реализаций случайных процессов, первый выход которого соединен с первым входом блока элементов И, выход которого соединен с первым входом блока моделей, а второй вход блока элементов И соединен с-выходом генератора стационарных случай ных процессов, первый вход которого соединен с вторым выходом блока имитации реализации случайных процессов, а второй вход — с выходом блока заданйя параметров стационарных случайных процессов, вход

„„Su„„1059581 A которого соединен. с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом эадатчика тестовых сигналов, четвертый выход блока управления соединен с первым входом счетчика циклов моделирова— ния, выход которого соединен с вычислительным блоком, другой вход которого соединен с выходом блока задания допусков, о т л и ч а ю— щ е е с я тем, что, с целью повышения точности прогнозирования за счет учета влиятия мультипликативных помех, оно содержит блок коммутации, блок умножения и блок задания внешних возмущак1щих факторов, вход которого соединен с пя- Я тым выходом блока управления, а выход — с -первым .входом блока умножения, второй вход которого соеди.нен с первым выходом блока коммутации, а выход — с первым входом блока коммутации, второй вход кото- Я рого соединен с выходом эадатчика тестовых сигналов, третий вход— с выходом блока моделей, второй выход — с вторым входом блока моделей, а третий выход — с входом Ql блока задания допусков. с©

2. Устройство по п. 1, о т л и ч а ю.щ е е с я тем, что блок уп- C7I равления содержит генератор тактовых QQ импульсов, четыре линии задержки и четыре формирователя сигнапов, вы- I ход генератора тактовых импульсов соединен с первым выходом блока управления и через последователь,но соединенные линии задержки и формирователи сигналов с соответ) ствующими выходами блока управле ния.

1059581

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при анализе и прогнозировании надежности по постепенным отказам технических систем, в частности метрологической надежности измерительных .систем.

Известно устройство для прагно= зирования параметрической надежности узлов радиоэлектронной аппаратуры, содержащее блок управления, выход 10 которого подключен к управляющим входам блока перебора реализаций, формирования тестовых сигналов, моделирования, задания допусков и коммутаций, первый вход соединен с 15 первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к первому входу блока коммутаций, третий выход — к первому входу блока задания допусков, выход блока коммутации соединен с первым входом блока моделирования

I. второй вход которого подключен к выходу блока формирования тестоВых сигналОВ р ВыхОд — к ВтОрОму входу блока задания допусков, первый выход которого соединен с входом счетчика отказов, блок установки входных параметров, выход которого подключен к третьему входу блока моделирования, первый выход блока перебора реализаций через первый ключ соединен с вторым входом блока коммутаций, другой вход первого ключа объединен вторым входом блока управления и подключен к вы- 35 ходу блока анализа, входы блока анализа подключены к выходам соответствующих элементов И, первые входы . которых соединены с вторым выходом блока перебора реализаций, второй 40 вход каждого элемента И подключен к выходу соответствующего счетчика запрещенных кодов, вход каждого из которых соединен с соответствующими выходами шагов коммутатора, вход ко- 45 торого соединен с выходом второго ключа, первый вход второго ключа соединен с .третьим выходом блока перебора реализаций, второй вход— с вторым выходом блока задания допусков, выходы счетчика шагов и счет- 50 чика задания числа шагов через третий ключ соединены с входом генератора тактовых импульсов, четвертый выход которого подключен к входам блока установки входных параметров и счет- 55 чика шагов 1(,, Однако в данном устройстве не предусматривается имитирование случайных процессов старения, йзносаили разрегулирования элементов сис- 60 тем, Известно также устройство для прогнозирования параметрической надежности радиоэлектронной аппаратуры, содержащее генератор не-, 65 стационарных случайных процессов, выход которого соединен с первым входом блока задания параметров нестационарных случайных процессов, второй его вход соединен с первым выходом блока управления, а выход блока задания нестационарных случайных процессов соединен с Входом блока имитации реализаций случайных процессов, первый выход которого соединен с первым входом блока элементов И, выход которого соединен с первым входом блока моделей, а ь)торой вход блока элементов И соединен с выходом генератора стационарных случайных процессов, первый вход которого соединен с вторым выходом блока имитации реализаций случайных процессов, а, второй вход — с выходом блока задания параметров стационарных случайных процессов, вход которого соединен с вторым выходом блока управления., третий выход которого соединен с входом задатчика тестовых сигналов, четвертый выход блока управления. соединен с первым входом счетчика циклов моделирования, выход которого соединен с вычислительным блоком, другой Вход которого соединен.. c выходом блока задания допусков. указанное устройство позволяет прогнозировать параметрическую надежность радиоэлектронной аппара— туры путем воспроизведения непре-. рывных нестационарных и стационарных составляющих случайных процессов изменения параметров элементов Г2).

Однако в реальных условиях эксплуатации на величину параметров систем действуют различные нерегулярные возмущакщие факторы как в виде аддитивных, так и мультипликативных помех (погрешностей 1. Так, например, для измерительных систем, использующих в качестве первичных преобразователей тензорезисторы, аддитивные помехи (погрешности возникают на входе системы вследствие ползучести тензорезисторов или неполной термокомпенсации. Мультипликативные помехи возникают на выходе системы от изменения чувствительности регистрирующих приборов вследствие изменения напряжения питания или коэффициента усилителей прибора.

Выходной параметр системы определяется формулой где ; - 1 -й выходной параметр системы, i= 1,N; х — j -й параметр элементов систе:мы, =1, к

10 595 81

+(t) — аддитивная помеха (может

1 иметь стационарную и нестационарную составляющие процесса изменения 1, воздействующая на входные параметры, z. ٠— мультипликативная поме1 ха, . воздействующая на выходные параметры системы.

На практике часто встречается случай, когда обе помехи воздействуют на вход системы. В этом случае выходной параметр систеьы запишется в виде

15 ч.= . (px„(t) q„(t)+V,(t)),"- (хх(Ч4()+ "к(Ч)) (1). .(где k (t l — мультипли к ати вн ая помет) ха, воздействующая на входной параметр системы.

Уравнения (1 1 и (2 ) можно объединить и записать как

20 где Q. (t) — аддитивная помеха, воз1 действующая на выходной параметр системы.

При отсутствии воздействия мультипликативных помех на входные параметры (полагаем ;(Ю1 = 1) и аддитивной помехи на выходной параметр (полагаем. М;(t)= 0) уравнение (3 ) преобразуется в (1 1. При воздействии мультипликативных и аддитивных помех-только на входные параметры (полагаем z„(t1= 1 и Q,(t)=

01 уравнение (3 ) преобразуется в (2).

Учет названных помех необходим для воспроизведения всех существующих связей (взаимодействий) объекта испытаний с внешней средой.

Цель изобретения — повышение точности прогнозирования надежности технических систем за счет учета влияния мультипликативных помех.

Поставленная цель достигается тем, что в устройство введены блок коммутации, блок умножения и блок задания внешних возмущающих факторов, вход которого соединен с пятым выходом блока управления, а выход — с первым входом блока умножения, второй вход которого сое- .динен с первым выходом блока ком— мутации, а выход — c первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом задатчика тестовых сигналов, третий вход+ с выходом блока моделей, второй выход — с вторым входом блока моде30

40

50

60 б5

s ë, g(x (t )+ Y„(t)) ((t) „, (x (Ц+ Ч (t))(„(t ) jz. (Ц+ М„(Ц, (З) лей, а третий выход — с входом блока задания допусков.

Блок управления содержит генератор тактовых импульсов, четыре линии задержки и четыре формирователя сигналов, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым выходом блока управления и через последовательно соединенные линии задержки и формирователи сигналов с соответствующими выходами блока управления °

На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройСтва; на фиг. 2 и 3 — схемы блоков моделей и управления соответственно.

Устройство содержит блок 1 задания параметров нестационарных слу чайных процессов, блок 2 имитации реализаций случайных процессов, блок 3 элементов И, блок 4 задания допусков, вычислительный .блок 5, счетчик 6 циклов моделирования, генератор 7 нестационарных случайных процессов, генератор 8 стационарных случайных процессов, блок 9 задания параметров стационарных случайных процессов, задатчик 10 тестовых сигналов, блок

11 моделей, блок 12 умножения, блок

13 задания внешних возмущающих факторов, блок 14 управления и блок

15 коммутации.

Блок 1 предназначен для задания (установки ) начальных значений параметров нестационарных случайных процессов изменения определяющих параметров элементов систем, а именно средних начальных значений и средних квадратических отклонений,.средних скоростей изменения параметров и их средних квадратических отклонений. Блок 1 представляет собой блок задания масштабных коэффициентов. Выход блока 1 подключен к входу блока 2.

Блок 2 содержит электронные и электромеханические интеграторы, необходимые для воспроизведения линейных (или нелинейных ) реализаций моделируемых случайных процессов изменения определяющих параметров элементов систем. Первый выход блока 2 присоединен к первому входу блока 3, а второй выход — к первому входу генератора 8.

Блок 4 предназначен для установления границ областей работоспособных состояний элементов систем. Величины границ задаются в виде электрических напряжений или токов. Выход блока 4 соединен с входом блока 5 вычисления показателей надежности.

Генератор 7 служит для имитации нестационарных случайных процессов, а генератор 8 — стационарных случайных процессов.

I 1059581

В блоке 9 устанавливаются значения характеристик стационарных случайных процессов — величины математических ожиданий и средних квадратических отклонений..

Блок 11 является электронным макетом реальной схемы. В макете используются элементы с переменными параметрами, предназначающиеся для имитации процессов износа, старения, разрегулирования в ходе эксплу. атации. Так, например, для измерительных систем, использующих в качестве первичных преобразователей тенэорезисторы, макетом реальной схемы будет набор пассивных элементов, соединенных по схеме фиг. 2.

Для других систем макет реальной схемы будет другой.

На фиг. 2 на транзисторах 16 и 16 собрана схема объединения тестового сигнала, поступающего с блока 10, и сигнала с блока 3. На сопротивлениях 17-22 собрана модель измерительной системы, состоящая из первичных. преобразователей (сопротивлений 18 и 19), образующих внешний полумост измерительного моста (активный и компенсационный те из орезисторы, входящие

:во внешний полумост, наклеиваются на поверхность объекта, подвергаюцегося деформации ), и сопротивлений 21 и 22, образующих внутренний полумост измерительного моста (17 и 172 - сопротивления связи,О„ -..напряжение питания измерительного моста . При этом блок 11 также содержит сопротивления 23 и 24 смещения.

Блок 13 предназначен для задания внешних возмуцающих факторов в виде электрических напряжений или токов, которые могут быть детерминированными или случайными.

Блок 14 управления конструктивно представляет собой генератор 25 тактовых импульсов с периодом, равным длительности цикла моделирования, линии 26-29 задержки и формирователи 30-33 сигналов (фиг. 3). его назначение — запуск и разрешение работы соответствующих блоков.

Устройство работает следующим образом.

Формируемые на выходе генератора

7 нестационарные случайные процессы в виде электрических напряжений поступают на вход блока 1, где осуцествляется их масштабирование в соответствии с моделируеьыми процессами изменения свойств элементов систем.

Экономическая эффективность,,ожидаемая при внедрении предлагаемого устройства, достигается за

55 счет повышения точности прогноэирования надежности технических систем, так как более полно учитывается влияние случайных факторов за счет учета воздействия мультипликативных помех.

С помоцью интеграторов блока 2 имитируются отдельные реализации нестационарных случайных процессов старения и износа элементов систем.

Синхронно с этим по командам из блока 14,. поступающим на вход генератора 8, в нем воспроизводятся стационарные составляющие реальных случайных процессов старения элементов. Затем они подаются на первые входы элементов И блока 3, на вторые входы которых поступают нестационарные составляющие случайных процессов изменения элементов систем, В момент начала рабочего такта функционирования устройства на вход блока 11 из блока 3 и задатчика 10 через блок 15. одновременно поступают сигналы и электрические напряжения, пропорциональные отдельным реализациям случайных процессов изменения параметров элементов системы соответственно, Начинается моделирование первого цикла функционирования системы. В блоке 11 формируются напряжения, соответстнуюцие выходным параметрам элементов системы, которые подаются на вход блока 12 умножения, на другой вход которого подается мультипликатинная помеха с блока 13. Перемноженные сигналы подаются на вход блока 4.

Если выходные параметры системы пе ресекут границы допустимых областей, то в счетчике 6 фиксируется параметрический отказ.

После многократного осуществления подобных циклон моделирования по известным из теории надежности соотношениям вычисляются численные значения показателей надежности систем.

В случае моделирования процесса по уравнению (2 1 на вход блока 12 через блок 15 (переключатель находится во .втором положении ) поступает сигнал из блока 10. Перемноженный сигнал одновременно с сигналом из блока .3 поступает на вход блока 11. Далее процесс моделирования происходит аналогичным образом.

1059581

Фиг. 8

1059581

Уа /лаУ

&./

Фа ЬаР дФ. 10

СЬставитель В.Максимов

Редактор Ю. Ковач Техред И. Надь Корректор >е Цзятко

Заказ 9842/53 Тираж 706 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Филиал ППП "Патент", r+ Ужгород, ул. Проектная, 4