Многоканальный автоматический оптимизатор

 

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для выбора оптимальньк значений параметров комплектующих элементов объекта, обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимальную серийнопригодность . Целью изобретения является расширение функциональных возможностей . В оптимизатор дополнительно введены многомерньй блок варьирования и блок контроля формы области работоспособности. 2 з.п, ф-лы, 10 ил. с 9 1 табл.

СО)ОЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (19) (1!) 5 А1 (51)4 С 05 В 13 02

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ(СВИДЕТЕЛЬСТВУ

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССР

ПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЫТИ (21) 3897149/24-24 (22) 20.05.85 .(46) 07. 11.86. Вюл. Ф 41 (71) Ленинградский ордена Трудового

Красного Знамени институт водного транспорта (72) И.А.Краснов, М.Я.Авхач и А.В.Саушев (53) 62-50(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 515084, кл. G 05 В 13/02, 1973.

Авторское свидетельство СССР

N9 949634, кл. G 05 В 13/02, 1982. (54) МНОГОКАНАЛЬНЫЙ АВТОМАТИЧЕСКИЙ

ОПТИМИЗАТОР (57) Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для выбора оптимальных значений параметров комплектующих элементов объекта, обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимальную серийнопригодность. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. В оптимизатор дополнитель- но введены многомерный блок варьирования и блок контроля формы области работоспособности. 2 s.ï, ф-лы, 10 ил.

1 табл.

269095 2 (i = 1,n) оптимизируемого параметра; п — число оптимизируемых параметров;

Q „„,„„„„,,Q „, (j = 1,m) — соответственно минимальное и максимальное допус5 тимые значения j-й функции качества;

m — - число функций качества; Я; — текущее значение j-й функции качества;

6 — область работоспособности в пространстве оптимизируемых параметров

1О Х, под которой понимается множество значений оптимизируемых параметров (Х; „,„ -Х;:- X> „,d„ i = 1,п),, IIpH KOTO рых удовлетворяюмтся условия

Qj мин- ц () - Qg макс (1)

j-=1 m

Р— область допустимых значений оптимизируемых параметров, определяемая неравенствами !

;„акс (1 1 n), () ствен о MHHHмальное и максимальное допустимые значения 1 --ro оптимизируемого паров (r) метра Х вЂ” координаты граничной точh ки области (=1,2,...2 — номер луча).

Принцип работы устройства состоит в реализации засисимости всех оптимизируемых параметров, определяющих работоспособность многомерного объекта оптимизации от одного дополнитель30 ного параметра t в соответствии с уравнениями ; =Х;„(1-е)+Х; „„„., (3) (5) (6) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выбора оптимальных значений параметров комплектующих элементов различных объектов обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимаЛьную серийнопригодность.

Цель изобретения — расширение функциональных возможностей за счет определения оптимальных значений параметров при различной форме области работоспособности.

На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого оптимизатора; на фиг.2 — логический блок; на фиг:3— многомерный блок варьирования; на фиг.4 — схема блока установки допусков многомерного блока варьирования; на фиг.5 — блок контроля формы области работоспособности; на фиг.6— блок вычислений; на фиг.7 — схема формирования импульса логического блока; на фиг.8 — схема блока памяти блока вычислений; на фиг. 9 и 10— иллюстрации процесса поиска граничных точек области работоспособности.

Многоканальный автоматический оптимизатор содержит многомерный блок

1 варьирования, многомерный объект 2 оптимизации, многомерный блок 3 измерения функций качества, логический .блок 4, блок 5 вычислений, блок 6 контроля формы области работоспбсобности, логический элемент 7, 2m-входовой элемент И 8, формирователь 9 импульсов, сумматоры 10 и 11, уставки 12 и 13, диоды 14 и 15, кольцевой двоичный и-разрядный счетчик 16, блоки 17 установки допусков, сумматор 18, потенциометр 19, генератор

20 линейно-возрастающего напряжения, генератор 21 линейно-падаюшего напряжения, программируемый генератор

22 импульсов, потенциометр 23 с двумя подвижными контактами 24 и 25, ключевой элемент 26, счетчик 27, дешифратор 28 и индикатор 29, элемент ИЛИ 30, шину 31 установки в "0", элемент И 32, блок 33 памяти, индикатор 34, шину

35, установки "0", шину 35 считывания, дифференцирующую цепь 36,,циод

37, элемент НЕ 38, дифференцирующую цепь 39, диод 40, элемент ИЛИ 41, элемент 42.памяти и элемент 43,целения.

Кроме того, приняты следующие обо-. значения: Х вЂ” текущее значение i-ro

g.-Х;„(1-Е)+Х; „,„, Е, (4) где Х;„ — некоторое заданное (расчетное или номинальное) значе ние оптимизируемого параметра (Х;„Е С, i=1,n); — безразмерный параметр, из40 меняющийся от 0 до 1.

Совокупность уравнений (3) и (4) представляет собой параметрическое задание прямой (луча), соединяющих точку Х„(Х,„,...,Х„„) с какой-либо вершиной области P. Количество таких

6 лучей равно 2 . Координаты вершин области P определяются по таблице.

Координаты граничных точек области

С определяются по выражениям (!

Х,=Х; (1-t")+Х; „„„ t<" (!1 (! где t — решение уравнений

М )=1 мин э

55 Я(3 ) =Q макс

Здесь

Ч...=(Е, QHH> я,„„„, д, мнк м И и ) з (макс =(Q r макс 10 у макс э ° ° ° Я макс (в ма кс) (fI к 32 > >) к «У6 б=(Q„Q„Q„ " ° Q; к ° " 4 )°. Координаты точки ! I I Г

Xo=(Xg yugo s ° ° ° sX1o > па при которой обеспечивается максимальный запас работоспособности или максимальная серийнопригодность, определяются по формуле Н . (г

Х; = — - Х. p(.1= Г,п; и=2 ), (7) 1269

l0 при условии, что область С вЂ” выпуклая.

Область С является выпуклой, если 15 число граничных точек области G находится на отрезке луча между точкой

Х еС и какой-либо вершиной области P пи равно единице.

Для доказательства правильности 20 формулы (7) вводят и-мерную систему координат и направляют по ее осям единичные вектора.,Тогда вектор Х равен

X EХ;U, (8) 25 где Х; — проекция вектора Х íà i -ю ось координат;

U — единичный вектор i-й оси координат, Предположим, что совокупность то- 30 чек (Х, лежащих на границе области

G, а также некоторая точка Х (Х,„, ° ° ° 1 Х g 1 ° ° ° кХ ) к расположенная Внут ри области С, являются единичными материальными точками. Предположим также, что между каждой точкой из совокупности fX(и точкой Х имеется упругая связь в виде однородной растяжимой нити.

Сила натяжения нити между точками 40

Х < и Х 6 Х определяется по известГ (ф7 ной формуле

Р„,В=X 1,(Р, (9) где 1 — абсолютная деформация нити, равная расстоянию между 45 точками Х, и Х, З вЂ” коэффициент, характеризующий материал, из которого изготовлена нить.

Если коэффициент зс для всех нитей одинаков, то точка Х занимает положение, равноудаленное от граничных

Г-(гД точек 1 Х . В равновесном состоянии равнодействующая всех сил Р,„ равна И нулю. При этом координаты точки Х .определяют координаты оптимальной ( точки Хо . Пусть N — - общее количест095 во граничных точек области G. Тогда можно записать

Еo Ео +Fo а ° +Fo ð+ ъ Ео я

Каждый вектор F, относительно начала координат может быть представлен как разность, двух векторов

Fo p =Foo ор 0=1. N ý где Р,, F — вектора сил напряжения между материальной точкой, закрепленной в начале координат, и точками Хо и Х> соответственно.

Таким образом

", =(Еоо Ео ) (co Ею) . +(ЕЫ

-Fop)+9 °,+(F -FoN)-О.

Откуда а

1 оо N +Foð -с

Используя формулу (8), получим н или в соответствии с формулой (9) н

Откуда координаты искомой точки Х а для 1-й оси равны

Х =- — -2 .Х

10 N, Pr

Оптимизатор работает следующим образом.

Пусть многомерный объект 2 оптимизации характеризуется m функциями качества Q>(j=1,m), которые измеряются многомерным блоком 3 измерения функций качества.

В логическом блоке 4 (фиг.2) в установку 13 логического элемента 7 записывают значение Q „„„, а в уста-новку 12 логического элемента 7 записывают максимальное значение Q

1-й функции качества.

В многомерном блоке 1 варьирования (фиг. 3 и 4) в i-м блоке 17 установки допусков при помощи подвижного контакта 24 устанавливается нормированное значение i-го оптимизируемого параметра, равное Х; „„„, а при помощи подвижного контакта 25 — нормированное значение оптимизируемого параметра, равное Х макс

На каждом потенцизметре 19; (фиг.3) устанавливают нормированное значение оптимизируемого параметра Х, „ 6 С.

1269095

В исходном состоянии в счетчике

16 по шине установки нуля записывают

I ,число, равное нулю. Так как сигнал на выходах соответствующих разрядов счетчика 16 равны нулю, поэтому ключевые элементы 26 закрыты в блоках

17 установки допусков. Таким образом, в исходном состоянии на потенциометрах 23 устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров 10 .(таблица).

М9 (Х макс зХ2 макс в ьХ1 мак

° ° ° у макс ) е

В блоке 6 контроля формы области

15 работоспособности (фиг.5) содержимое счетчика 27 сигналом по шине 31 устанавливается на нуль.

В блоке 5 вычислений (фиг. 6 и 8) сигналом по шине 35> устанавливают

20 содержимое элементов 42 памяти, равным нулю.

Вследствие того, что по предлагаемому алгоритму оптимизации заранее известно число определяемых граничных точек области (число N=2 ), то элеи мент 43 деления (фиг.8) настраивают так, чтобы его выходной сигнал бып бы в 1/N раз меньше, чем входной. В качестве элемента 43 деления может

30 использоваться, например, операционный усилитель, работающий в режиме масштабирования.

Затем в момент времени t=0 в многомерном блоке 1 варьирования (фиг.3) З5 по шине Пуск сигналом запускают в работу программируемый генератор 22 импульсов. Число тактируемых импульсов генератора 22 и их период выбирают исходя из конкретных особенностей 46 многомерного объекта 2 оптимизации.

Первый тактовый импульс в кольцевом к-разрядном двоичном счетчике 16 возбуждает первую ячейку, поцается на вход блока 6 контроля формы облас-45 ти работоспособности и на входы генераторов, линейно-возрастающего 20 и линейно-падающего 21 напряжений.

В счетчике 16 возбужцается его первая ячейка, выходной сигнал кото- 5О рой не равный нулю, подается на вход ключевого элемента 26 блока 17, установки допусков, открывая его. На выход первого блока 17, установки,цопусков подается сигнал с контакта 24 (фиг.4). Таким образом, на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комби-, нация в оптимизируемых параметрах (таблица) 4 (Х макс Хгмаке 1мйкс

Хе макс).

Выходной сигнал генератора 22 в блоке 6 контроля формы области работоспособности (фиг,5) через элемент

ИЛИ 30 подается на вход установки счетчика 27 в нулевое состояние.

Затем генераторы 20 и 21 (фиг,3) .вырабатывают сигналы, пропорциональйые и (1-t). Выходной сигнал генератора 20 линейно-возрастающего напряжения подается также на третьи входы элементов И 31 блока 5 вычисления (фиг.б).

На выходе сумматора 18, получаем сигнал вида

U =X„„„e+X,„(1-t), а на выходах сумматоров 18" (i=2,n).) сигналы вида

Для синхронизации работы генератора 22 импульсов, счетчика 16 и ге- нераторов 20 и 21 перед входами последних можно установливать элемент задержки.

Выходные сигналы U;,.(",,п) с выходов .сумматоров 18 подаются на соответствующие входы многомерного объекта 2 оптимизации и блока 5 вычислений.

Сигналами с выхода многомерного блока 1 варьирования, подаваемыми на соответствующие входы многомерного объекта 2 оптимизации, изменяют его оптимизируемые параметры Х и, соответственно, его функции качества

Q" (j=1,m) ..

Геометрическая интерпретация изменения оптимизируемых параметров Х приведена нафиг.9 (в случае, когда область Q — выпуклая) .

При изменении оптимизируемых параметров Х многомерного объекта 2 оптимизации в блоке 3 измерения функций качества производится измерение и сравнение текущего значения функций качества Я1(Х) с заданными Я „„„ и

I с маке

В блоке 3 измерения функций качества (фиг.2) значение каждой функции качества Q подается на вход соответ3 ствующего логического элемента ? .

В логическом элементе 7> значение Q. подается на суммирующий вход сумматора 11, на вычитающий вход которого подается сигнал Q м„ц с выхода уставки 13. Выходной сигнал сумматора 11 (Q 0 м н)-о через диод 15 подается

1 мнн на соответствующий вход элемента И 8.

В логическом элементе 7; значение Q. подается также на вычитающий вход сумматора 10, на суммирующий вход которого подается сигнал Q »« с выхода уставки 12. Выходной сигнал сумматора 10 (Q; „ „, -Q )0 через диод

14 подается на соответствующий вход элемента И 8, Если одновременно выполняются условия

Q> »„ cQ> Q> макс (10)

j=1 m, то выходной сигнал элемента И 8 равен единице.

В момент времени, когда Я =( мнн или Я =Q „ак (что соответствует какой-либо граничной точке области работоспособности С (фиг.9), выходной сигнал элемента И 8 изменяется скачком от 1 до О. Выходные напряжения элемента И 8 подается в формирователе

9 импульсов (фиг.7) на выходы дифференцирующей цепи 36 и элемента НЕ 38.

В момент скачка выходного сигнала элемента И 8 на выходе дифференцирующей цепи 36 появляется сигнал отрицательной полярности, поэтому выходной сигнал диода 37 равен нулю, а выходной сигнал элемента НЕ 38 в этот момент времени изменяется с О до 1 (перепад О/1). Этот положительный скачок напряжения дифференцируется дифференцирующей цепью 39 и через диод 40 и элемент ИЛИ 41 подается на выход логического блока 4. Выходной сиГнал логического блока 4 подается на первый вход блока 6 контроля формы области работоспособности и на первый вход блока 5 вычислений.

Если при изменении оптимизируемых параметров Х вновь выполняется условие (1) (в случае, когда область С— не выпуклая, фиг.10), то выходной сигнал элемента И 8 вновь становится равным единице (перепад О/1). Этот перепад выходного сигнала элемента

И 8 в формирователе 9 импульсов (фиг.7) дифференцируется дифференцирующей цепью 36 и ее положительный импульс через диод 37 и элемент ИЛИ

41 подается на выход логического блока 4. Выходной сигнал элемента НЕ 38 при этом изменяется от 1 до О (перепад 1/О).

В блоке 6 контроля формы области работоспособности выходной сигнал формирователя 9 импульсов логическо.

269095 8 го блока 4 подается на счетный вход счетчика 27 (фиг.5), увеличивая его содержание на единицу.

Если в течение периода появления тактовых импульсов с выхода генератора 22 многомерного блока 1 варьирования появятся еще сигналы с выходов логического блока 4 (что возможно, если область — невыпуклая), то в сче-!

0 тчике 27 записано число 2,3 и т.д.

Если число, записанное в счетчике

27, больше 1, то на выходе дешифратора 28 появляется сигнал, который подается на вход индикатора 29. Сра-!

5 батывание последнего свидетельствует о о том, что область является невыпук.лой (фиг.10).

В блоке 5 вычислений сигнал с выхода логического блока 4 подается

20 на первые входы элементов И 31 (фиг.6). На второй вход i го элемента И 31 подается сигнал U с выхода сумматора 18, (i = 1,п) многомерного блока 1 варьирования, а на третьи выходы элементов И 31 подается сигнал, не равный нулю, с вьжода генератора 20 многомерного блока 1 варьирования.

В момент совпадения сигналов на

ЗО входах элемента И 3! (т.е. когда параметры многомерного объекта 2 оптимизации находятся на границе области работоспособности) на выходе элемента И 31, (i = 1,п) появляется сигнал, 35 значение которого равно (Й! где t — значение выходного сигнала генератора 20 при нахождении объекта 2 оптимизации на границе области С,который запоминается в блоке

32; памяти (i = 1,n).

При достижении 1 единичного значения выходной сигнал генератора 20 устанавливается равным нулю, а выходной сигнал генератора — равным единице.

Затем программируемый генератор

22 импульсов выдает очередной импульс.

При этом в кольцевом п -разрядном двоичном счетчике 16 возбуждается вторая ячейка, в блоке 6 контроля формы области работоспособности (фиг.5) данный сигнал через элемент ИЛИ 30 уста1269095 навливает счетчик 27 на нуль и подается на входы генераторов 20 и 21.

Выходной сигнал возбужденной второй ячейки счетчика 16 подается на вход ключевого элемента 26 блока 17к установки, открывая его. На выход второго блока 17> установки допусков подается сигнал с контакта 24 (фиг..4).

Таким образом, на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров (таблица)

1макс >Х2мни к q макс К 1

-1 макс к ° ° кХh макс )

Затем генераторы 20 и 21 (фиг.3) вновь вырабатывают сигналы, пропорциональные и (1-й), и цикл работы многоканального автоматического оптии мизатора повторяется 2 раэ. В данном и случае 2 — число тактовых импульсов" программируемого генератора 22 тактовых импульсов. В последнем цикле и после подачи 2 -го импульса счетчик

16 устанавливается на нуль (так так счетчик 16 — кольцевой счетчик). Поэтому на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров Х

Х2л =(Х макс,Х2 макс к к макс

Хпмакс)После 2 циклов определения (поис— ка) граничных точек области G в 1 -м блоке 32; памяти (фиг.6) (в элементе

42, памяти, фиг.8) запоминается сумма 1 -х координат 2 граничных точек, т.е. число

° 1 =N=2 („х;

Если в процессе оптимизации в каждом цикле определения граничных точек определено, что область С выпуклая (по несрабатыванию индикатора 29, фиг.5), то затем сигналом по шине 35> (фиг.6) считывается заполненное число в элементе 42; памяти (фиг.8), котои рое затем делится íà N=2 элементом

43 деления и высвечивается (индицируется) на индикаторе 34;. Таким образом,на i-м индикаторе 34 отображено

i-e значение оптимизируемого параметра согласно формуле (7).

Таким образом, в результате введения многомерного блока 1 варьирования и блока 6 контроля формы области работоспособности, а также связей между новыми и старыми блоками расширяются функциональные возможности оптимизатора за счет определения оптимальных значений параметров при различной форме области работоспособности.

Формула изобретения содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, счетчик, дешифратор и индикатор, счетный вход счетчика соединен с первым входом блока контроля формы области работоспособности, второй вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с шиной установки нуля .

40 3. Оптимизатор по п.1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок вычислений содержит по числу оптимизируемых параметров последовательно соединенные элемент И, блок памяти и

45 индикатор второй вход каждого блока памяти соединен с шиной установки нуля, а третий вход — с шиной считывания, первый и третий входы блока вычислений соединены соответственно с первым и вторым входами каждого элемента И, а каждый из вторых входов — с третьим входом элемента И.

Оптимизируемый параметр х, х, ) х

1 х

1 0 О ... 0

2 1 0 ... 0

О

1. Многоканальный автоматический оптимизатор, содержащий блок вычислений и последовательно соединенные

10 многомерный объект оптимизации, многомерный блок измерения функций качества и логический блок, о т л и— ч а ю шийся тем, что, с целью расширения функциональных возможнос15 тей, в него введены многомерный блок варьирования и блок контроля формы области работоспособности, первый вход которого соединен с первым входом блока вычислений и выходом логи20 ческого блока, а второй вход — с первым выходом многомерного блока варьирования, вторые выходы которого соединены с входами многомерного объекта оптимизации и вторыми входами блока вычислений, а третий выход — с третьим входом блока вычислений.

2. Оптимизатор по и. 1, о т л и— ч а ю шийся тем, что блок контЗР роля формы области работоспособности

1269095 х х,(х, J x фиг. 7 иг.

Продолжение таблицы

Оптимизируемый параметр х, х х х

3 0 1 ... 0 ... 0

Продолжение таблицы

Оптимизируемый параметр

2 1 1 ... 1 ... 1

П р и м е ч а н и е. Символом 0 обозначено максимальное, а символом

1 — минимальное значения оптимизируемого параметра Х.

1269095 а авраама 7

Фиг 3

C ом.го ж ор«аггг р мм«.

° @ЧУ 1 а ж«rfrH

«mug« td

C «ими«

iimAm

МЩУ «««

«ar rdd

«-,акуоЬм: гчелнекю ю

СВаИа

Piro 4 фиг. 7 1

Ъ

Ъ„Ъ ьф

0 ч

% ф

Ъ0 ф Ю

0 0

0ф э аооотбетстоу ш у о соотаетстОугощеиу рггу

5 соотбетстоугошвы

НИИИ dоа

С брода ГПЗН20

Риа Б и игга смитыбагтр«JOZ фиг. 8

Составитель В.Башкиров

Редактор Н.Рогулич Техред К.Попович Корректор М.Самборская

Заказ 6034/49 Тирах 836 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

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

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектная, 4