Устройство для определения запаса ресурса системы

 

ОПИСАНИЕ

ИЗОБРЕТЕНИЯ

Союз Советских

Социалистических

Реслублик

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (63) Дополнительное к авт. свид-ву (22) Заявлено 091280 (23) 3213080/18-24 р1 М Kgl з

G 07 С 3/10 с присоединением заявки Мо

Государственный комитет

СССР по делам изобретений и открытий (23) Приоритет (53) УДК 621.176/178 (088. 8) Опубликовано 30.01.83. Бюллетень.М 4

Дата опубликования описания 3001.83

Д.В. Бакурадзе, Г..Н. Воробьев, В.П. CyrarcI u T.Ê. КубееВ

1 с (72) Авторы изобретения (71) Заявитель. (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ЗАПАСА РЕСУРСА

СИСТЕМЫ

Изобретение относится к автомати зации контроля и управления производ ственными процессами и может быть использовано в автоматизированных системах контроля и управления технологическими процессами и производством, а также в научных исследованиях и тех, нике, где требуется находить оптимальное значение величины ограничен- 10 ных ресурсов, расходуемой сложной системой.

Известно устройство для определения используемого ресурса изделия, которое сод ржи .да чик ре е и, дат- 15 чик расхода ресурса, подключенный через интегратор к сумматору, соединен-ному с блоком сравнения, блок деления, подключенный к блоку произведения, индикатор fl). .Йаиболее близким по технической сущности к предлагаемому является устройство, которое содержит датчик, " йервый выход которого-подключен к вхо ду первого блока умножения непосредственно и через последовательно сое-. диненные блок нелинейности, интегратор к первому входу второго блока умножения, второй вход которого подключен к выходу блока деления, выход первого блока умножения соединен с входами сумматора, выход которого подключен к первому входу блока деления, выход второго блока умножения непосредственно и через последовательно соединенные регистры сдвига соединен с входами элемента сравнения, выходы которого подключены к первому входу элемента И и к входу датчика, выход . которого соединен с вторъм входом элемента И, вторые входы блока умножения, сумматора и блока деления подключены к входу устройства (21.

Недостатком известного устройстваявляется низкая точность иэ-за ToI î, что оно служит только для определения момента регенерации ресурса и, кроме того, данное устройство.для определе ния ресурса не связывает запас ресурса с его расходом на полезное функционирование сложной системы и нейтрализацию возмущакщих воздействий,не учитывает характера возмущающих воздей-.. ствий, а также дополнительных расходов ресурсов на нейтрализацию возмущений в системе, от правильного выбора которых зависит время полезного функционирования системы.

Цель изобретения — повышение точности работы устройства путем определения оптимального значения величины

993299 ограниченного ресурса в сложной системе, предназначенного для нейтрализации возмущающих воздействий и позволяющего максимизировать вероятность того, что время. полезного функционирования сложной системы будет не ме- 5

,нее заданного.

Укаэанная цель достигается тем, что устройство, содержащее датчик расхода ресурса, первый блок нелинейнос- ти, первый сумматор, блок умножения, 10 выход которого подключен непосредственно и .через последовательно соединенные регистры. сдвига к элементу сравнения, выход которого подключен к первому входу элемента И, и блок деления, первый вход первого сумматора и блока деления соединены с входами устройства, введены второй и третий сумматоры, последовательно соединенные второй, третий и четвертый блоки нелинейности, индикатор и датчик расхода ресурса на нейтрализацию возмущающих воздействий, выход которого подключен к второму входу элемента И и первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с. выходом датчика расхода ресурса, выход второго сумматора подключен к .второму входу блока деления, выход которого через первый блок нелинейности соединен с первым входом третье-З0 го сумматора, выход четвертого сумматора подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого подключен к вы- 35 ходу четвертого блока нелинейности, выход элемента И соединен с индикатором, второй вход четвертого сумматора и вход первого сумматора соединены с входами устройства. :40

Любые материальные объекты, в том числе сложную систему, можно рассматривать как объекты, имеющие ограниченный ресурс жизнедеятельности, который расходуется ими в процессе функционирования, а также на нейтрализацию возмущающих воздействий, которым подвергается сложная система.

Пусть задан общий запас ресурса

R = Вяф + R>, представляющий в общем случае случайную величину, причем

В„ф случайное значение величины ресурса, выделяемого на полезное функционирование сложной системы; R неслучайная величина ресурса, вЫцеляемого на нейтрализацию возмущающих воздействий в системе.

Время полезного функционирования сложйой системы в условиях возмущений, с рдной стороны, зависит от величины 60 общего запаса ресурса в системе и определяется следующим образом

I Яра — Ru

T фй

Пф где 6 )=Р(„, )PLTriyt=9(lqyФ функции распределения слу 2. чайных величин Т„фи Тп> сосоответственно. где o(, — средний расход ресурса в системе на ее полезное функционирование.

С другой стороны, время полезного функционирования сложной. системы непосредственно зависит от величины Р и как только запас ресурса R> исчерпывается на нейтрализацию поступающих в систему возмущений, т.е. Ни становится равным нулю, функционирование системы прекращается, так как вновь поступающие в систему возмущения приводят ее к отказовому состоянию. Пусть на систему действуют возмущения которые для своей нейтрализации тре-, буют соответствующее количество единиц ресурса R>.

В этом случае время полезного функционирования сложной системы является аргументом следующего условия

Фф =a (> )5- = н (2) где — случайное значение величины возмущающих воздействий,1 требующее для своей нейтрализации заранее установочное допустимое ограниченное значение величины R, при этом .Тд представляет собой случайную величину, зависящую от случайной величины

Таким образом, видим, что, с одной стороны, увеличивая RH, можно увеличить время полезного функционирова-. ния системы (2), а с другой стороны, увеличение RH сказывается на уменьшении времени полезного функционирования (1). Можно сделать вывод, что случайное время q(R„) полезного функционирования сложной системы зависит от Нн и определяется из следующего . условия

I.

Яйн)=" фр Рн 4 пф Ин )

Разработчикам сложных систем при организации их функционирования естественно руководствоваться принципом, что значение величины ограниченного ресурса RH, выделенного на нейтрализацию возмущений, ЕФлжно обеспечить максимум вероятности того, что случайное время q() полезного функционирования сложной-системы не менее некоторого заданного значения, т.е.

eax9)Q Вн)>if+(), Используя положения известной тео-. рии наиболее слабого звена, получаем, что

Р (() Ю )=P)T„ e,) ö „, а.) q " =р-pp Д,щ- v„,)), 993299

Таким образом, оптимальное значение величины ограниченного ресурса

R+ на нейтрализацию возмущений в сисн теме определяется из условия обеспечения наибольшего значения выражения (3), т.е. 5 („= Щп ОФ-Р(vДф))g-Р(X>)))) (4) (н предлагаемая математическая модель может быть легко реализована аппаратурно.

На чертеже приведена блок-схема предлагаемого устройства.

Устройство содержит первый блок 1. нелинейностей,реализующий функцию

:P(Т,@), второ1Гблок 2 нелинейностей, !

5 реализующий Функцию R> = f(g), третий блок 3 нелинейностей, реализующий

Функцию T>e,= М(R>), первый сумматор

,. блок 5 умножения, датчик б ресур. са на Функционирование сложной систе- 20 мы, второй сумматор 7, датчик 8 ресур-, са на нейтрализацию возмущающих воэ- . действий, блок 9 деления, четвертый блок 10 нелинейностей, реализующий функцию Р(Тяф), третий сумматор 11, первый регистр 12 сдвига, элемент 13 сравнения, второй регистр 14 сдвига,элемент И 15, индикатор 16.

Устройство работает следукщим образом.

В процессе функционирования сложной системы на нее воздействуют различные возмущения, которые во втором блоке 2 нелинейностей преобразуются в соответствующее значение величины N ограниченного ресурса, необходимого для нейтрализации этих возмущений, которое поступает в третий блок 3 нелинейностей, реализующий случайное значение времени полезного функциони- 40 рования Тпф сложной системы в услови«

Я. ях возмущений, а четвертом блоке 10 нелинейностей реализуется значение

Функции распределения P (Тцф). случайной величины ТЗФ. Эта величина P(-) 45 поступает на первый вход первого сумматора 4 и вычитается .от константы 1, поступающей на второй вход сумматора 4, с выхода сумматора 4 величина 1 P (Тяф) поступает на второй 50 а. вход блока 5 умножения; Одновременно с датчика) б расхода ресурса на функционирование сложной системы случайное значение ресурса поступает на второй вход BTopoI о сумматора 7

- первый вход которого поступает с датчика 8 расхода ресурса значение на нейтрализацию возмущающих воэдействий величины ресурса Вк.

На втором сумматоре 7 вычисляется значение величины ресурса, предназ наченного на полезное функционирова-. ние сложной системы в условиях возмущений. Это значение величины ресурса . поступает на первый вход блока 9 деления, где происходит деление на ве- 65 личину с(., поступающую на второй вход блока 9 и характеризующую средний расход ресурса в системе на ее полезное функционирование. Таким образом, полученное в блоке 9 случайное значение времени полезного функционирования Т,ь поступает в четвертый блок нелинейностей, реализующий функцию распределения РСТпф случайной величи» ны Тп . Значение Р (Тзф) поступает на первйи вход третьего сумматора ll u вычитается от констатны 1, поступакщей на второй вход сумматора 4, с выхода третьего сумматора 11 величина 1-PCT„ Ф поступает на первый вход блока 5 умножения, с выхода которого величины ((1 - Р(Тяф) )" (l - Р(Тя Ф) 1((=,3i поступают на вход первого регистра 12 и на второй вход элемента 13 сравнения. При этом ранее занесенное в первый регистр значение „ пересылается во второй регистр 14 и затем подается на первый вход элемента 13 сравнения. В элементе 13 сравнения после выдачи датчиком 8 расхода ресурсов на нейтрализацию возмущакицих воздействий очередного значения R>. cðàâ4 ниваются между собой две величины.)„ 4 и-.3, одна из которых соответствует текущему значению величины В ", а другая — предшествующему В„ . Если в результате такого сравненйя окажется, что Э) 1<3„, то с второго выхода элемента 13 сравнения выдается управлякщий сигнал датчику 8 расхода ресурса на выдачу очередного значения R>. <

1+(В противном случае, т.е ° при 3- „Ъ - .

4 такой сигнал выдается с первого выхода элемента 13 сравнения на разрешающий вход элемента И 15, и -значение

В„.„- „, соответствункцее оптимальному зйачению величины ограниченного ресурса R„, предназначенного на нейтрали+ зацию возмущающих воздействий, с выхода 8 через элемент И 15 поступает на индикатор 16, являкщийся выходом устройства. На этом работа устройст ва заканчивается.

Изобретение позволяет Найти Опти мальное значение В+„ величины ресурса для нейтрализации возмущающих воэдей ствий, что позволяет максимизировать вероятность того, что время полезного фуниционирования сложной системы будет не менее заданного, при этом учитывается характер возмущающих воздействий, которьм подвергается система.

Определение оптимального значения величины ограниченного ресурса на нейтрализацию возмущающих воздействий с целью увеличения времении ее полезного функционирования является актуальной задачей эксплуатации, которая может быть решена с помощью предлагаемого изобретения.

Экономический эффект от внедрения изобретения можно оценить величиной

993299 стоимости предотвращеннОго ущерба за, счет недопущения срыва запланированных работ. При этом следует различать

Два слУЧаЯ Вн выбиРаетсЯ меньше оптимальнога значения R> и R<" взят больше R+>,i В первом случае при R»> < В» время полезного действия (фуйкционирования) Т, „ будет меньше требуемого

Q », следовательно, время простоя системы определится выражением Т Я»Трф. 3а время полезного функциониро- 1О вания система израсходует, ресурс RQ

oL Т,,>,. Тогда неизрасходованной в дан.ном случае окажется величина ресурса

5R, определяемая з ав ис имос ть Ь R

R — R - R y. Следовательно, при опти« Ь

П мальной величине R, выделенной на нейтрализацию возмущений, будет дополнительно получен выигрыш, определяемый формулой S = C.LR.

Другими словами, предотвращен ущерб 7() из-за несвоевременного прекращения функционирования системы,-равный Я (здесь С вЂ” стоимость работ, совершаемых единицей ресурса). Если R> й+, то время полезного функционирования

T ф(9 > а время простоя системы Ti>*

Ч. + Q т . В етом случае предотвращенпр ный ущерб выразится следующим обра 2. зом Я = С Ьй,1, где:kg — - R -й -R величйна неизрасходованного ресурса, 30 2 Я. при этом В Пф 6LТ ©

За счет введения дополнительных блоков; второго и третьего сумматора, последовательно соедйненных второго, третьего и четвертого блоков нелиней- 35 ности, индикатора и датчика расхода ресурса на нейтрализацию возмущающих воздействий повышается точность устройства.

Формула изобретения

Устройство для определения запаса ресурса системы, содержащее датчик расхода ресурса, первый блок нелинейности, первый сумматор, блок умножения, выход которого подключен непос редственно и через последовательно соединенные регистры сдвига к элементу сравнения, выход которого подключен к первому входу элемента И, и блок деления, первый:вход первого> сумматора и блока деления соединены с входами устройства, о т л и ч а ющ е е с я тем, что, с целью повышения точности1 его работы, в него введены второй и третий сумматоры, последовательно соединенные второй, третий ,и четвертый блоки нелинейности, инди катор и датчик расхода ресурсана ней« трализацию возмущающих воздействий, выход которого подключен к второму входу элемента И и к первому входу второго сумматора, второй вход которого соединен с выходом датчика расхода ресурса, выход второго сумматора подключен к второму входу блока деления,"; выход которого через первый блок нелинейности соединен с первым входом третьего сумматора, выход четвертого сумматора подключен к первому входу блока умножения, второй вход которого соединен с выходом первого сумматора, второй вход которого подключен к выходу четвертого блока нелинейности, выход элемента И соединен с индикатором, второй вход четвертого сумматора и вход первого сумматора соединены с входами устройства.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1. Авторское свидетельство СССР по заявкб 9,2716058/18-24, кл. 0 07 С, 1979.

-2. Авторское свидетельство СССР по заявке 9 2892053/18-24, .кл. G 07 С 3/10, 1980 (прототип) .

993299

Составитель Н. Ваганова

Техред М. Костик Корректор И. Шулла

Редактор Л. Филь

Заказ 482/67

Тираж 571 . Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам иэобретений и открытий

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

Филиал ППП Патент, г. Ужгород, ул. Проектная, 4