Устройство для определения параметров контроля

 

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов функционирования сложных технических систем. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей устройства. Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 задания постоянного напряжения, блок 5 задания вероятности безотказной работы элементов, блок 6 сравнения с нулем, блоки 7, 11 умножения, блок 12 вычисления энтропии, блок задания постоянных коэффициентов, блок выделения максимума, блок деления, блок индикации, элементы ИЗ, элементы 4 односторонней проводимости, элемент 15 задержки, генератор 8 случайного напряжения, ключи, наборное поле 10, накапливающие сумматоры, дешифратор, накопители, компараторы, генератор линейно-изменяющегося напряжения, аналого-цифровые преобразователи. Изобретение обеспечивает определение периода проведения полного контроля объекта. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

союз советсних социАлистичесних

РЕСПУБЛИК щ) g G 05 В 23(02

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

AO ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

1 (21) 4600635!24-24 (22) 31. 10.88 (46) 15.08.90. Бюл, У ЗО (72) Е.И.Бороденко, П.Г.Горев, . В.А.Казарцев и В.Я.Норник (53) 621. 396 (088, 8) (56) Авторское свидетельство СССР

У 1287 .19, кл. G 05 В 23/02, 1983.

Авторское свидетельство СССР

Р 1259291, кл. G, 06 F 15/46, 1982. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ (57) Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов фукйционирования сложных технических систем. Целью изобретения явется расширение функциональных возможностей.устройства. Устройство содерÄÄSUÄÄ 1585783 А1

2 жит блок 1 управления, блок 2 задания постоянного напряжения, блок 5 задания вероятности безотказной работы элементов, блок 6 сравнения с нулем, блоки 7, 11 умножения, блок 12 вычисления энтропии, блок задания постоянных коэффициентов, блок выделения максимума, блок деления, блок индикации, элементы И 3, элементы 4 односторонней проводимости, элемент 15 задержки, генератор 8 случайного напряжения, ключи, наборное поле 10, накапливающие сумматоры, дешифратор, накопители, компараторы, генератор линейно изменяющегося напряжения, аналого-цифровые преобразователи. Изобретение обес- печивает определение периода проведе- Е ния полного контроля объекта. 1 з.п. ф-лы, 6 ил.

С:

1585783

Изобретение относится к. вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, в том числе для определения с заданной доверительной вероятностью периода полного контроля сложных технических систем.

Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности определения оптимального периода полного контроля.

В процессе использования сложных технических систем возникает необходимость определения их состояния (ра- 15 ботоспособное - неработоспособное) по полной группе параметров контроля.

Полный контроль целесообразно проводить в момент времени, когда суммарная энтропия по полной группе параметров контроля достигает своего максимального значения, т.е. неопределенность в знаниях о состоянии технической системы наибольшая.

Структура технической системы сос- 25 тавляет и элементов с произвольной топологией, причем состояние кажпого

i-ro элемента характеризуется вероятностью безотказной работы P;(t). Контролю подлежат m параметров,,причем 30 п ш. В зависимости от структуры технической системы состояние каждого

i-ro параметра контроля зависит от состояния группы элементов, оказывающих на него влияние. Каждый ъ-й пара 35 метр контроля характеризуется энтропией H;(t), которая в общем случае достигает своего максимального значе.ния в различные моменты времени.

Для определения оптимального пе- 40 риода полного контроля (Т о 1) через интервал времени d вычисляют значения Н,(t) и, >, И, (t). Запоминается

jl=1 j m максимальное значение > Н, (t) и и 45

=Ф 13 значений В, при котором оно достигнуто. Это время является оптимальным периодом контроля в -й реализации случайного процесса. Для выполнения требований по достоверности моделирования процесс повторяется М раз, а затем полученные значения усредняются, и йу1, РР .

В математическом плане задача определения периода полного контроля сводится к вычислению .с заданной доверительной вероятностью максимального значения энтропии по полной группе параметров контроля

511 м

2 H; (t) = g t -P; <{ t) lop>P „(t)п, -(1-Р„) log (1-Рп )) /И=шах, где Р (t) =ПР -(t) - вероятность безj=< отказной работы по i-му параметру в -й реализации;

P (t) — вероятность безj отказной работы

j--ro элемента, влияющего на значение i-го параметра;

L — число элементов, вЛияющих íà i-й параметр;

m — число параметров, составляющих пол» ную группу, и для этой точки определяется оптимальный период.

На фиг. 1, 2 изображена структурная схема устройства; на фиг. 3— временные диаграммы зависимости энтропии от времени эксплуатации; на фиг. 4 - структурная схема блока управления; на фиг. 5 -. схема блока вычисления энтропии; на фиг, 6— структурная схема блока задания вероятности безотказной работы. !

Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 задания постоянного напряжения, элемент И 3, первый 4 и

1 второй 4 элементы односторонней про-. т водимости, группы блоков 5 — 5 „ задания вероятности безотказной работы элементов, блоков 6 1-6„ сравнения с нулем, первых блоков 7, — 7 умножения, генераторов 8„-8 „ случайного напряжения, первую группу ключей 9,- 9„ наборное поле 10, группы вторых блоков

11 — 11 умножения, блоков 12, - 12

Ф вычисления энтропии, первый ключ 13, первый накапливающий сумматор 14, элемент задержки 15, дешифратор 16, вторую группу ключей 17,-17» группу. накопителей 18„-18>, группу третьих ключей 19 <-19, группу блоков 20 -20„ задания постоянных коэффициентов четвертую группу ключей 21„-21, блок 22 выделения максимума, группу компараторов 23,-23, генератор 24 линейно изменяющегося напряжения, 5783 6 ления энтропии по 1-му параметру контроля. Напряжение на его ныходе равно разом.

55

5 !58 элемент KIN 25, второй накапливающий сумматор 26, второй ключ 27, блок 28 деления, первый аналого-цифровой преобразователь 29, блок 30 индикации, третий накапливающий сумматор 31, второй аналого-цифровой преобразователь 32.

Блок 1 управления содержит генератор 33 тактовых импульсов, первый счетчик 34, ключ 35, узел 36 умножения, узел 37 деления, узел 38.выделения целой части, второй счетчик 39, второй 40 и первый 41 узлы задания постоянного коэффициента.

Блок 12 вычисления энтропии содержит первый узел 42 умножения, узел 43 вычитания, второй узел 44 логарифмирования, второй узел 45 умножения и сумматор 46, первый узел 47 логарифмирования.

Блок 5 задания вероятности безотказной работы элементов включает переменную емкость (конденсатор) 48, ключи 49, 50, резистор 51, диод 52.

Блок 1 управления вырабатывает управляющие сигналы: для вычисления энтропии по параметрам контроля через время д,(задается частотой следования импульсов генератора 30 ); на окончание процесса моделирования после выполнения требований по достоверности (число реализациИ случайного процесса М, при котором выполняются заданные требования по достоверности, определяются коэффициентом. пересчета счетчика 39); на вычисление Тд, и шах Н.(t).

i--)

Блок 2 задает единичное напряжение, на выходе напряжение пропорционально "1".

Блоки 5 — 5 задания вероятности ь безотказнои работы элементов реализуют экспоненциальный закон вероятности (Р;(С)=е " ) путем разряда конденсатора. 48 через ключ 50:и резистор 51.

Номиналы RC 51 и 48 пропорциональны

Т; =1/ ;. Приведение блоков 5,-5 „ н исходное состояние осуществляется за счет разряда емкости 48 через ключ 49 на нземлю

Блоки 6,-6 „ сравнения с нулем при подаче на вход потенциала "0" на выходе имеют потенциал "1". При наличии . потенциала на входе 0CU < <1 на выходе элемента потенциал "0".

Блоки 12,-12 — арифметические устройства, реализуищие функцию вычис-Л 1 -4 ° Ф

-Пе U. .lop П е U -(1и 81 2 ., 93

З вЂ” П е П )lo8z(1- Пе U ).

j-< j i 1

Сумматор 46 имеет инверсные входы, 10 так как los в обоих случаях меньше нуля. Количество элементон 17,-17>, 181-18,, 19,-19g, 20,-20k 21,-21

23 -231 определяется из выражения

k=T «, /л2, где Т „„ — максимальное

О1

15 время, при котором энтропия по наибо.лее "надежному" m-му параметру приближается к нулю (на фиг.2 это диаграмма 2г).

Устройство работает следующим обВ момент времени t величины переменных емкостей 48 в блоках 5 -5„ устанавливаются обратно пропорциональ-. ными интенсивностям отказов А. блоков технической системы. На генераторе тактовых импульсов 33 периодичность следования импульсов д устанавлинается равной промежутку времени между вычислениями суммарной энтропии по полной группе параметров контроля.

С входа "Сброс" на входы блоков

5 -5 подается импульс установки сиси темы в исходное (нулевое) состояние, который, поступая на .упрвляющие входы ключей 49, — 49„, разрешает разряд. всех емкостей 48. Импульс установки в исходное состояние поступает также на входы сброса сумматоров 14,26,31 и счетчиков 34, 39. На наборном поле

10 осуществляется коммутация в соответствии со структурой исследуемой системы (если i-й и j-й элементы влияют на 1с-й параметр, то i-й и j-й входы соединяются с k-м выходами) .

Емкость счетчика 39 устанавлинается равной числу циклов М моделирования процесса, необходимому для достижения заданной доверительной вероятности. Число циклов моделирования процесса М устанавливаеТся в узле 40. В ysле 41 устанавливается значение в блоках 20 -20 „ - 1, k соответственно.

В момент времени t по входу "Пуск"

1 импульс начала работы устройства через элемент 4 поступает на управляю1 щий вход ключа 13, тем càìûì разрешая прохождение единичного постоянного

1585783 напряжения на первые входы блоков 5— !

5„:, а также на вход блока t, тем самым запуская генератор 33.

Блок 2 через открытый ключ 13 и диоды 52 заряжает емкости 48 до величины E„ . На выходах всех блоков 6— ист !

6 появйтся напряжение "0", которое с выходов блоков 6 -6„ поступает на входы элемента 3, с вйхода которого 10

"0" поступает на управляющий вход ключа 13, тем самым запрещая прохождение постоянного напряжения с блока 2.

0 с выходов блоков 6,-6 ь также поступает на инверсный вход ключа 50, 15 разрешая разряд емкостей 48 через резистор 51. Время разряда каждой из емкостей 48 разное (пропорциональное 1/ii; =Т,; i-го элемента технической системы). Ло .мере разряда емкос- 20 тей с выхода каждого блока 6,-6 „ на соответствующий вход элемента 3 поступает напряжение "1". В момент разряда всех емкостей .на,выходе элемента 3 появляется "1", которая поступает на вход блока 1, разрешая новый заряд всех емкостей.

Напряжения с первых выходов блоков

5,-5„, пропорциональные изменению вероятйостей безотказной работы во вре- 30 мени Р;(й)=е !, поступают на входы соответствующих блоков 71-7, на другие входы которых поступают напряжения с генераторов 8„-8 „. Ha выходах блоков 7, -7„ моделируется случайный характер изменения вероятности безотказной работы элементов исследуемой системы U > =U U!!, С выхода генератора 33 на управляющие входы ключей

9 -9 поступает импульс, подключая тем40

1 самым выходы блоков 7„-7 „к соответствующим входам наборного поля 10.

Напряжение с выходов блоков 7,-7 „ через открытые ключи 91-9,!!поступает на соответствующие входы наборного 45 поля 10. Входные напряжения, согласно структуре исследуемой системы, поступают на соответствующие выходы наборного поля 10, подключенные к соответствующим входам соответствующих блоков 11 -11, ° На выходах последних

М моделируется случайный характер изменейия вероятности безотказной работы нараметров контроля.

Напряжения с выходов блоков 11,—

11 поступают на первые входы соотth ветствующих блоков 121-12, т.е, на входы узлов 47, на выходах которых напряжения пропорциональны вычисленным

-Л значениям логарифма lo8 П е 3 U г

Напряжение с выхода узла 47 поступает на первый вход узла 42, на втором входе которого присутствует напряжение с первого входа блока 12. На выходе узла 42 напряжение пропорционально

-Ла ь -л3 6

Д е U< lop Пе J UJ!

1-! !

На первый вход узла 43 с входа блока 12 поступает напряжение, пропорциональное "1", а на его второй вход— напряжение U „ . с другого входа бло-! ка 12. С выхода узла 43 напряжение, -Л. t пропорциональное 1 — П е

1-! поступает на вход узла 44, на выходе которого напряжение пропорционально

-Л„. +

lop (1 — П е " U .) . Это напряжение

1 )=! j поступает на первый вход узла 45, на втором входе которого присутствует напряжение U с выхода узла 43. С выхода узла 45 напряжение U U U поступает на второй вход сумматора 46, на первый вход которого поступает напряжение U

H;(t)= П e U<, log, fl e

je1

-Л.6 -ЛФ U!! +(1+ П е U )log (1- Г е i 2 кЦ )

J т. е. пропорционально з наче нию э нтропии i-го параметра контроля. Величина напряжения, меняется с изменением t.

Напряжение с выходов узлов 46,-46 поступает на выходы блоков 12 -12 и . ! m далее на соответствующие входы сумматора 14. В момент времени импульс поступает также на вход счетчика 34 .

С выхода счетчика 34 на входы дешифратора 16 подается соответствующий параллельный код. С первого выхода дешифратора 16 на управляющий вход ключа 17, поступает потенциал "1", тем самым разрешая прохождение с выхода сумматора 14 на вход накопителя

18 значения суммарной энтропии в мо-! мент времени t . Ключ 19, закрыт,т.к. на выходе элемента И,З потенциал "0"

В момент времени t генератор 33 вырабатывает второй импульс, который поступает на вход счетчика 34. С его выхода на входы дешифратора 16 подает1585783 ся соответствующий параллельный код.

С второго выхода дешифратора 16 на управляющий вход ключа 17 подается потенциал "1" тем самым разрешая

У

5 прохождение с выхода сумматора 14 на вход накопителя 18 значения cуммарт ной энтропии в момент времени t

Аналогичным образом устройство работает до k-ro импульса. В момент времени t на всех выходах блоков 6 -6 1, имеется потенциал "1", который поступает на входы счетчиков 34,39, на ключи 191-191„ через элемент 4 и элемент задержки 15 на управляющий вход ключа 13, а также на вход запуска генератора 24. Ключи 19 -19„ открывают1 1с ся, и напряжения, пропорцйональные суммарной энтропии в моменты времени й1,...,tl, поступают на входы бло- 2р ка 22 выделения максимума. С его выхода напряжение, пропорциональное максимальному значению суммарной энтропии . Н. (t ) шах, котОрая ДОстига- 25

3-1 i ) ется в момент времени t, поступает в накапливающий сумматор 26. Напряжения, пропорциональные 2Н .(,).

1=1 .« Н.(tl), поступают также на первые Зр

1 входы соответствующих компараторов

23 -23 на вторые входы которых поУ ступает линейно убывающее напряжение с выхода генератора 24. В момент времени, когда напряжение на его выходе

fA достигает значения шах Н .(t ), сра =1 i 3 батывает компаратор 23., потенциалом

) У с выхода которого откроется ключ 21 и напряжение с выхода блока 20;, про- 4р порциональное числу j (т.е. количеству импульсов генератора 33, при котором достигается шах 2 Н .(t ), посту1=1 паЕт на вход накапливающего суммато- 45 ра 31. С выхода компаратора 23 через элемент ИЛИ 25 подается сигнал на остановку генератора 24 и сброс его в исходное состояние. На этом заканчивается первый цикл моделирования (счетчик 34 переводится в нулевое состояние, в счетчик 39 записывается единица). Аналогичным образом (через элемент 15 с задержкой tz, необходимой для завершения переходных процессов в ранее описанных блоках, открывается ключ 13, заряжаются емкости

48 в блоках 5;6 „и .т.д.) в зависимости от заданной достоверности результатов реализуется М циклов вычисления.

По их окончании с выхода счетчика

39 на вход остановки генератора 33, а также на управляющие входы ключей

?7 и 35 поступает "1", тем самым разрешая прохождение напряжения с выхода сумматора 76, пропорционального

111 М

H.. ïàõ,, Н ., на вход числителя

j=i блока 28, на вход знаменателя которо"

ro поступает напряжение, пропорциональное И, с выхода узла 40.

"1" с выхода счетчика 39 также поступает на управляющий вход ключа 35, тем самым разрешая поступление суммарного числа, соответствующего максимальной энтропии за все циклы, на первый вход узла 36 умножения, на второй вход которого поступает выбранное значение длительности д с узла 41. С выхода узла 36 информация о пхни поступает на первый вход узла 37, на второй вход которого с выхода узла 40 подается число И. Полученнный на выходе сигнал, пропорциональный математическому ожиданию времени, соответствующего максимальной энтропии и Л, .1.=Та,рС, подается на вход узла 38, где выделяется его целая часть, и с его выхода на вход преобразователя 32 и далее на блок 30, где осуществляется дешифрация и отображение в цифровой форме

1 rn op<.

На внходе блока ?8 присутствует сигнал U„ =lJ ;U<<, пропОрциОнальный математическому ожиданию суммарной энтропии параметров контроля НХ= цах, Напряжение с выхода блока 28 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 29, на выходе которого цифровой код пропорционален входному напряжению, и поступает на блок ЗП, где дешифруется и отображается значение энтропии по полной группе параметров контроля, при котором наиболее целесообразно осуществлять полный контроль, т.к. степень неопределенности в этот момент времени в знаниях о техническом состоянии объекта наибольшая.

Формула изобретения

1. Устройство для определения параметров контроля, содержащее блок управления, блок задания, постоянного

1585783 напряжения, элемент И, группы блоков задания вероятности безотказной раба ты элементов, блоков сравнения с ну1 лем, первую и вторую группы блоков умножения, группу генераторов случайных найряжений„ первый ключ, первую, вторую и третью группы ключей, набор" ное поле, группу блоков вычисления энтропии, группу накопителей, блок 1п деления, первый аналого-цифровой преобразователь и блок индикации, первый информационный вход которого, соединен с выходом первого аналого-цифрового. преобразователя, вход которого связан 15 с выходом блока деления, вход делителя которого подключен к выходу данных блока управления, вход запуска которого служит входом запуска устройства, а вход управления режимом соединен с выходом элемента И, входы которого и входы запуска блоков задания вероятности безотказной работы группы связаны с выходами соответствующих блоков сравнения с нулем груп- 5 пы, входы которых подключены к первым выходам соответствующих блоков задания вероятности безотказной работы группы, .информационные входы которых соединены с выходом первого ключа, 30 информационный вход которого и входы задания постоянного напряжения блоков вычисления энтропии группы связаны с выходом блока задания постоянного напряжения, входы сомножителей блоков умножения первой группы под" ключены соответственно к вторым выходам соответствующих блоков задания вероятности безотказной работы элементов группы и к выходам соответст- 4g вующих генераторов случайных напряжений группы, а выходы - к информационным входам соответствующих ключей первой группы, выходы которых связаны с входами наборного поля, выходы которого подключены к входам соответствующих сомножителей соответствующих блоков умножения второй группы, выходы которых соединены с информационными входами блоков вычисления энтропии О группы, управляющие входы ключей первой группы связаны с управляющим выходом блока управления, выходы ключей второй группы подсоединены к информационным входам соответствующих накопителей группы, выходы которых связаны с информационными входами соответствующих ключей третьей группы, отличающееся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем определения оптимального периода полного контроля, в устройство введены два элемента односторонней проводимости, первый третий накапливающие Сумматоры, элемент задержки, дешифратор, группа блоков задания постоянных коэффициентов, четвертая группа ключей, блок выделения максимума, группа компараторов, генератор линейно изменяющегося напряжения, элемент ИЛИ, второй ключ и второй аналого-цифровой преобразователь, выход которого соединен с вторым информационным входом блока индикации, а вход связан с информационным выходом блока управления, выход разрешения отображения информации. которого соединен с управляющим входом второго ключа, группа адресных выходов — с входами дешифратора, информационный вход— с выходом третьего накапливающего сумматора, вход сброса блока управления и.входы сброса всех накапливающих сумматоров и блоков задания вероятности безотказной работы группы связаны с одноименным входом устройства, управляющие входы ключей третьей группы, вход запуска генератора линейно изменяющегося напряжения и вход второго элемента односторонней проводимости подключены к выходу элемента И, выход второго элемента односторонней проводимости соединен с входом элемента задержки, выход которого связан с управляющим входом перваго ключа, выходы блоков вычисления энтропии группы подключены к информационным входам первого накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационными входами ключей второй группы, управляющие входы которых связаны с выходами дешифратора, информационные входы ключей четвертой группы соединены с выходами соответствующих блоков задания постоянных коэффициентов группы, управляющие входы ключей четвертой группы и входы элемента ИЛИ связаны с выходами соответ-.твующих компараторов группы, первые входы которых и входы блока выделения максимума подключены к выходам соответствующих ключей третьей группы, а вторые входы — к выходу генератора.линейно изменяющегося напряжения, вход .остановки которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы!

585783 ключей четвертой группы соединены с информационными. входами. третьего накапливающего сумматора; выход блока вселения максимума связан с информационным входом второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу делимого блока деления, вход первого элемента односторонней проводимости соединен с входом запуска устройства, а выход — с управляющим входом первого ключа.

2. устройство по п. t о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генаратор тактовых импульсов, два счетчика, ключ, узлы умножения, деления и выделения целой части и два узла задания постоянных коэффициентов, вход запуска блока соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого связан со счетным входом первого счетчика и с управляющим выходом блока, а вход остановки, управляющий вход ключа и выход разрешения отобра" жения информации блока подключены к выходу переполнения второго счетчика, 5 вход сброса которого и вход установки первого счетчика соединены с входом сброса блока, счетньп вход второго счетчика и вход обнуления первого счетчика связаны с входом управления режимом блока, группа информационных выходов первого счетчика образует адресные выходы блока, информационньй. вход ключа соединен с информационным входом блока, а выход — с входом первого сомножителя узла умножения, вход второго сомножителя которого подключен к выходу первого узла задания постоянного коэффициента, а выход — к входу делимого узла деления, вход делителя которого и выход данных блока соединены с выходом второго узла задания постоянного коэффициента, выход узла деления связан с входом выделения целой части, выход которого является информационным выхрдом блока.

)п, цЮ

0

e, Ш б

В

a pl н (6

1 д

JQ7

4 28

Я+9 f+e Я +14

1585783

Сдрос 0mb< Å<

Фигб

Составитель В.Воронков

Техред И.Ходаннч Корректор О.Ципле

Редактор М.Циткина

Заказ 2326 Тирах 661 Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

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

Производственно-издательский комбинат "Патент", r. Ужгород, ул. Гагарина, 101