Устройство для статистическогомоделирования производственныхпроцессов

 

4ееоз Советсмии

Сецналистмчеапик

Республик (63) Дополнительное и авт. свид-ву (22) Заявлено 310177 (23) 2441002/18-24 с присоединением заявки Ие— (23) Приоритет

Опубликовано 15.0181. Бюллетень ЙЯ 2

Дата опубликования описания 150181

G 06 F 15/36

Гесударстаенний квинтет

СССР не делам кзобретенкй н открытий (53) УДК 681.325 (088. 8) Э. А, Баканович, И. Е. Гаген, С. Ф. Костюк, В. М. Кулаков

В. Б. Лыоов, Н. И. Мельник, A. В. Меньков, В. И. Новиков

М. A. Орлов, Н. Г. Пикин, A. Н. Попов, В. H. Четвериков, В. П. Шмерко и Е. A. Якушенко

Минский радиотехнический институт, Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище имени Н. Э. Баумана и Всесоюзный научноисследовательский институт "Электростандарт" (72) Авторы изобретения (71) Заявители (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ CTATHC

ПРОИЗВОДСТВЕННЫ

Изобретение относится к вычислительной управляющей технике и предназначено для автоматизации испытаний иэделий электронной техники, радиоаппаратуры, механических конструкций и т. п. на надежность, прочность и устойчивую работоспособность при случайных воздействиях как электрических, так,и механических, имитирующих воздействие внешних факторов в условиях реальной эксплуатации.

Известно устройство для статистического моделирования производственных процессов, содержащее управляющую 15 (электронную) вычислительную машину общего назначения или специализированную, осуществляющую, в частности, формирование задающего испытательного сигнала или процесса, представленного 20 например, числовой кодированной последовательностью, выполняющую контроль и статистический анализ характеристик процесса испытани@, обеспечивающую изменение программы испытаний, 2з проведение коррекций задающего про- . цесса и т. п., блок сопряжения ЭВМ с периферийными устройствами, например, с каналами связи; испытательный стенд, снабженный устройствами пере-. 30

ТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАЩФЯ

Х ПРОЦЕССОВ 8 f1 Т Б

1

"(ф,v я,, ; „,1 "! дачи воздействий на испытываемый объект и контрольно-измерительными устройствами, канал прямой связи с ис пытательным стендом, осуществляющий цифроаналоговое преобразование задающего процесса и получение управляющего воздействия, которое может быть подано, например, на электродинамическую передаточную систему стенда, предназначенного для испытаний объектов на ударно-вибрационные нагрузки; канал. обратной связи с испытательным стендом, осуществляющий аналого-цифровое преобразование контрольно-измерительной информации, поступающей от испытательного стенда для передачи в вычислительную машину 1 .

Недостатком устройства является принципиальная невозможность воспроизведения воздействий, имеющих в условиях реальной эксплуатации случайный характер. Это объясняется тем, что воспроизводимые программы являются полностью детерминированными. Их воздействие на объект не отличается от повторяющегося использования записей конкретных реализаций случайных воздействий, например, на магнитной ленте, произведенных в условиях реальной эксплуатации. Та79б854 кие реализации при их воспроизведении представляют собой сложные, однако полностью детерминированные временные функции (сигналы, процессы).

Таким образом, известное устройство имеет ограниченные функциональные возможности.

Наиболее близким техническим решением к данному является устройство для статистического моделирования производственных процессов, содержащее испытательный стенд, управ- ®О ляющую вычислительную машину, выход и вход которой соединены соответственно с первым входом и первым выходом блока сопряжения, второй выход и второй вход которого подключены 1$ соответственно ко входу канала прямой связи и к выходу канала обратной связи (2) .

Однако в этом устройстве при периодическом повторении испытательной про-щ граммы, что оказывается необходимым при проведении длительных испытаний, и из-за ограниченного объема памяти

ЭВМ спектральная плотность мощности имитирующего процесса становится дискретной, и нельзя утверждать, что такой процесс пригоден для испытаний если не всех, ro по крайней мере, некоторых типов объектов. Указанное обстоятельство ограничивает область применения устройства. 30

Цель изобретения . — Расширение области применения устройства.

Для достижения поставленной цели устройство содержит генератор случайного прОцесса, статистический анали- 35 затор, первый коммутатор и второй коммутатор, вход которого подключен к выходу испытательного стенда, первый выход — ко входу канала обратной связи, а второй выход — ко вхо- 4О ду статистического анализатора, первый выход которого соединен с третьим входом блока сопряжения, третий выход которого соединен с первым входом генератора. случайного процесса, второй вход которого соединен со вто- 4> рым выходом статистического анализатора, а выход — с первым входом первого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом канала прямой связи, а выход- со входом испыта- 50 тельного стенда.

На чертеже приведена блок-схема устройства.

Устройство содержит управляющую вычислительную машину 1, блок 2 со.йряжения, испытательный стенд 3, ка.нал 4 прямой связи, канал 5 обратной связи, генератор б случайного процесса, статистический анализатор 7, коммутаторы 8 и .Я. b0

Управляющая вычислительная машина

1 соединена с первым входом,и первым выходом блока 2 сопряжения, вто рой выход которого соединен со входом канала 4 прямой связи, подключен- 6$ ного выходом к первому входу первого коммутатора 8, соединенного выходом со входом испытательного стенда 3, выход которого подключен ко входу второго коммутатора 9, первый выход которого соединен со входом канала 5 обратной связи, соединенного со вто >ым входом блока 2 сопряжения, третий выход которого подключен к первому входу генератора случайного процесса б, соединенного выходом с вторым входом первого коммутатора 8, при этом второй выход второго коммутатора 9 подключен ко входу статистического анализатора 7, первый выход которого соединен с третьим вхо дом блока 2 сопря>кения, а второй выход — co вторым входом генератора б случайного процесса.

Управляющая машина может быть машиной общего назначения или специализированной. Машина снабжена программно-математическим обеспечением, включающим в себя программы настройки имитатора и коррекции имитатора, программы статистического и корреляционно-спектрального анализа, программы управления ходом испытаний (планы эксперимента), осуществляющие в заданные моменты времени перестройку имитатора, сервисные программы:обслу>кивания каналов и вспомогательных устройств, а такие программы документального оформления результатов испытаний.

При использовании в машине общего назначения для обеспечения высокой эффективности функционирования устройства целесообразна органиэация режима времени. В этом случае после осуществления настройки автономным устройством с помощью вычислительной машины ЭВМ могла бы быть использована для решения любых других задач, не связанных с испытаниями, в течение времени, равного, например, минимально необходимому времени накопления достаточного объема испытаний для получения статистических оценок с требуемыми точностью и доверительным уровнем.

При использовании специализированной машины повышение эффективности устройства тесно связано с расширением его функциональных воэможностей, обеспечиваемым введением каналов имитатора и анализатора„ а также с реализацией многопрограммного режима

Управления. большим числом объектов или большим числом испытываемых параметров, число которых, как первых, так и последних, может достигать нескольких сотен,, например, при многоточечном нагружении,самолетных конструкций или гидротурбин.

Блок сопряжения представляет собой как совокупность,селекторных и мультиплексных каналов машины, так и совокупность специализированных мо796854 цулей, например, модулей адресной коммутации всех каналов связи машины с внешним испытательным оборудованием.

Дополнительно этот блок может обеспечивать временное согласование управляющей и контрольно-измерительной информации, подаваемой и поступающей от каналов связи и объектов, находящихся, например, на различном удалении от машины.

Испытательный стенд предназначен как для проведения различных испытаний на воздействие механических, элек грических, климатических и другик факГоров, так и для проведения сложных многофакторных испытаний, включающих сочетание перечисленных воздействий.

Он выполнен как единое по конструктивным признакам устройство или в виде специализированных модулей, в частности однотипных, для обеспечения одновременного параллельного 20 испытания объектов одного и того же назначения. Основными блоками стенда являются преобразователи входных управляющих сигналов в воздействия того или иного вида с передачей 25 этих воздействий на испытываемый объект. Испытательный стенд снабжается также контрольно-измерительными устройствами, обеспечивающими получение требуемой информации о процессе испытания.

Канал прямой связи с испытательным стендом предназначен для передачи на стенд сигналов или кодовых последовательностей, формируемых непосредственно управляемой ЭВМ. Канал содержит один или более цифроаналоговых преобразователей, устройства локального управления и временной синхронизации, усилители сигналов для помехоустойчивой передачи их по линиям 40 связи и т. п. Канал прямой связи имеет один или несколько входов и выходов, число которых зависит, например, от числа управляемых параметров испытательного процесса.

Канал обратной связи с испытательным стендом предназначен для передачи в машину сигналов или кодовых последовательностей, вырабатываЕмых контрольно измерительными устройс ва 50 ми испытательного стенда. Так же как и канал прямой связи, канал обратной связи имеет любое требуемое число входов и выходов, содержит необходимое количество аналого-цифровых преобразователей, имеет устройство локального управления и временной синхронизации, усилители сигналов и т. п.

Генератор случайного процесса формирует случайные величины, распре- фО деленные во времени„ в пространстве, представленные случайными кодовымй последовательностями, т. е. в виде процессов и т. п. После введения управляющей программы генера- 5 тор может работать как в автономном режиме, так и в режиме автоподстройки, зависящем, например, от результатов текущего анализа испытательного процесса.

Статистический анализатор снабжен блоками накопления, сортировки и функционального преобразования информации, поступающей от контрольно-. измерительных устройств. испытательного стенда. Анализатор после введения управляющей программ может работать как в режиме автономном, так и в режиме обмена информацией с машиной, проводить анализ всех или только части измеряемых параметров по одному, нескольким или всем видам характеристик.

Первый коммутатор предназначен для коммутации выходов канала 4 пря" мой связи и канала генератора 6 с входами испытательного стенда 3. Второй коммутатор предназначен для коммутации выходов испытательного стенда

3 со входами канала 5 обратной связи и канала анализатора 7.

Функционирование устройства рассмотрим на примере трех основных режимов, а именно при воспроизведении детерминированных, случайных, а также смешанных воздействий.

При работе системы в каждом из указанных режимов можно выделить соот- . ветствующие контуры управления, включающие несколько (для первых двух) или все (для последнего режима) структурные компоненты устройства.

Первый контур управления - контур имитации детерминированных воздействий — содержит последовательно соединенные блоки 1,2,4,8,3,9,5,2,1, второй контур управления — контур имита. ции случайных воздействий - блоки

1,2,6,8,3,9,7,2,1; третий контур управления — контур автономной имитации случайных воздействий — блоки б, 8, 3, 9, 7, 6, смешанные контуры.

Воспроизведение детерминированных воздействий не отличается принципиально от известных способов цифроаналогового формирования требуемой временной функции и может быть выполнено, например, следующим образом, Заданная функциональная временная зависимость квантуется по аргументу, и значения ординат функции f(t) заменяются на интервалах квантования дс=йК-t К <, К 0,1,2...,m, отрезками прямой q (t) . Значения q< (t) кодируются и йредставляются числовой последовательностью хК хранящейся или формируемой в машине 1. При имитации испытательной нагрузки числовая последовательность хК передается через блок 2 сопряжейия на канал 4 прямой связи, в котором преобразует-. ся, например, в уровни напряжения

q (t), передаваеьые первым коммутатором 8 на вход испытательного стенда

79685<

3. Блоки формирования испытательного стенда 3 преобразуют сигналы < „ (г) в сигналы q(t), приближенно с заданной точностью воспроизводящие требуемую зависимость Г(t) на интервале T mgt.

Сигналы контрольно-измерительных устройств стенда 3 поступают через второй . коммутатор 9 на канал 5 обратной связи, где преобразуются в кодированные последовательности чисел, передаваемых блоком 2 сопряжения в майину 1.

На основании анализа сигналов измерения может быть реализовано, например, масштабирование чисел хК, величин q+(t), а следовательно, и

К сигналов q (t) при отклонении их от

К требуемых значений. )$

1<ак видно из рассмотренного примера,воспроизведение детерминированных нагрузок полностью обеспечивается первым контуром управления.

В качестве примера имитации случайных нагрузок рассмотрим воспроизведение вторым контуром управления нестационарного случайного процесса с программно изменяемой на интервалах Ь t, =tE - tE<„nxoTHocTE Eo распре- 25 деления случаиного процесса. В моменты времени к, К = 0,1,2...,m, в генератор 6 вводится через блок ? сопряжения новая программа настройки, рассчитываемая машиной 1, что и обес- Я печивает генерирование на выходе генератора б в течение времени сК случайного процесса, имеющего требуемую плотность распределения. Выходные сигналы генератора б передаются первым коммутатором 8 на вход испытательного стенда 3. С выхода стенда 3 через второй коммутатор 9 поступают на вход анализатора 7 сигналы измерения текущих значений контролируемых параметров. Анализатор осуществляет предварительную экспресс-обработку поступающей информации с выдачей в машину 1 через блок 2 сопряжения результатов промежуточного анализа. Использование аппаратурных много- 4 функциональных статистических анализаторов в составе блока 7 обеспечивает повышение быстродействия анализатора, что увеличивает частотный диапазон анализируемых процессов и $Q тем самым расширяет функциональные возможности устройства. На основании результатов статистического анализа управляющая машина 1 может, например, корректировать характеристики выходного процесса канала генератора б.

Функционирование третьего контура управления, обеспечивающего полное высвобождение машины 1 на время испытаний, рассмотрим при имитации слу- вц чайного процесса, представляющего собой последовательность импульсов треугольной формы, имеющих случайные амплитуды А длительности „ и полярность и следующих друг за другом 4 через случайные интервалы ь „ . Все параметры импульсов управляются и имеют произвольную требуемую функцию распределения, После введения в генератор б управляющей кодовой последов. ьности, определяющей формирование заданных функций распределения, система переходит в режим воспроизведения случайных воздействий с автономной работой канала генератора б. Анализатор в этом режиме может осуществлять передачу результатов анализа не в машину

1, а в генератор б, на основе чего может быть реализована автоподстройка параметров выходного процесса генератора б к номинальным значениям, например, по минимальному пиковому значению нагрузки, по дисперсии случайного воздействия, по величине глатематического ожидания и т. и.

Такой режим испытаний широко распространен„ а управляющая машина 1 может высвобождаться на десятки часов автономной работы третьего контура управления. Этим, в частности, также обеспечивается повышение эффективности использования технических средств устройства.

Таким образом, технико-экономическая эффективность прецлагаемого уст- ройства для статистического моделирования производственных процессов определяется следующими его качествами: обеспечивает воспроизведение программно управляемых случайных испытательных воздействий; позволяет воспроизводить сложные испытательные программы, сочетающие воздействие случайных и детерминированных нагрузок.

При воспроизведении случайных нагрузок устройство позволяет проводить длительные испытания без непосредственного участия управляющей

ЭВИ, которая в течение времени испытания может быть использована для решения иных задач.

Формула изобретения устройство для статистического моделирования производственных процессов, содержащее испытательный стенд, управляющую вычислительную машину, выход и вход которой соединены соответственно с первым входом и первым выходом блока сопряжения, второй выход и второй вход которого подключены соответственно ко входу канала прямой связи и к выходу канала обратной связи, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что, с целью расширения области применения устройства, оно содержит генератор случайного процесса, статистический анализатор, первый коммутатор и второй коммутатор, вход которого подключен к выходу

796854

Составитель A. Карасов

Редактор М. Циткина Техред М.Голинка КорректорС. Шекмар

Заказ 9771/67 Тираж 754

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, Ж-35, Раушская, наб., д. 4у5

Подписное

Филиая ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Проектная, 4 испытательного стенда, первыи выход— ко входу канала обратной связи, а второй выход — ко входу статистического анализатора, первый выход которого соединен с третьим входом блока сопряжения, третий выход которого .соединен с первым входом генератора случайного процесса, второй вход которого соединен со вторым выходом статистического анализатора, а выходс первым входом первого коммутатора. второй вход которого соединен с. выходом канала прямой связи, а выход— со входом испытательного стенда.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1 ° Система для виброиспытаний на базе ЭЦВМ. Экспресс-информация "Испытательные приборы и стенды", 1974, 9 4 с. 37-44.

2. Энциклопедия кибернетики. т . 2, 10

Киев, 1975, с. 428 (прототип) .