Устройство для прогнозирования надежности систем управления

ОП ИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К АВТОРСКОМУ СВИДВТВДЬСТВУ Союз СоветскихСоциалистическихРеспублик(23) Приоритет ударстивяимй комитетвета Мияиотров СССРио делам изобретеиийи еткритий летень 2ням.06, И 2) Авторы изобретен Г. В. Дружинин н В; М. Крылов основский ордена Ленина и ордена Трудового Красного аманн институт иекенеров ткелееноаорсакного транспорта 1) Заявитель 4) УСТРОЙСТВО ПЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ НАПЕЗНОСТИ СИСТЕМ УПРАВЛЕНИЯ Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано при исследовании надежности автоматических систем управления и радиоэлектронной аппаратуры с учетом постепенных в внезапных отказовр Известно устройство (11 для определения параметрической надежности радиоэлектронных устройств, содержащее блок управления, соединенный через блок перебора реалн. зацнй с наборным полем, а через блок тест- сигналов с блоком физических моделей и.с генератором тактовых импульсов, анализа тор реализаций, блок элементов совпаденяя, накопители, блок конроля, первый вход которого подключен к выходу блока физических моделей; второй вход - к генератору тактовых импульсов, третий вход - к выходу наборного поля, а выход - к входу анализатора реализации, выход которого сов. дииеи с входом блока элементов совпадения,Это устройство обеспечивает возмож. ность исследования статистической точности (серийнопригодности) систем, оно позволяет определять функции распределения вероятностей пребывания значений выходных нара- метров (сигналов) испытуемых систем в не- д который строго фиксированный момент времени (обычно этот момент времени соответ-" ствует началу эксплуатации системы). Недостатком такого устройства является то, что нельзя прогнозировать количественные оценки показателей надежности, поскольку они представляют собой характеристики распределения вероятностей значений времени до появления отказов систем,Известно. также устройство (2 для оцен кн надежности систем управления, содержа. щее генератор, датчики режимных коорди. иат, измерители уровней их величин, счетчики импульсов, логические элементы, блок коммутации, выходы датчиков режимных координат подключены ко входам измерителей уровней, выходы которых нрисоедииены к первым входам элементов И, выход геиера тора подключен ко вторым входам элементов И, а входы блока коммутации присоединены к выходам элементов И, . выходы - подключены через элементы ИЛИ к входам счетчиков импульсов, Отношение показаний счетчиков дает величину вероятности соответствия реальных динамических свойств системы заданным. Недостатком устройства является невозможность прогнозирования оценок показателей надежности с учетом процессов износа и старения комплекту 1 ощих компонентов.Наиболее близким по технический сущ. ности к данному изобретению .является устройство 13 для прогнозирования надежности систем управления, содержащее блок коммутаторов, первый вход которого подключен к выходу первого генератора, второй вход - к первому выходу блока управления, выход - к входу блока памяти, первый выход которого соединен со входом блока форми.рователей, блок моделей систем управления,вход которого подключен к выходу блокаформирователей,а выход - к входу блокаселекции, статистический анализатор, входкоторого соединен с выходом блока селекции.15Недостатком этого устройства являетсясравнительно невысокая точность прогнозирования показателей надежности системиэ-эа отсутствия учета отказов типов обрыв и замыкание комплектующих элемен. щтов, появляющихся с определенными вероятностями.Целью изобретения является повышениеточности прогнозирования оценок показателей надежности систем управления,Указанная цель достигается тем, что устройство содержит второй генератор, блоквероятностных преобразователей и блок фик сации отказа, вход которого подключен квторому выходу блока селекции, выход соединен с вторым входом блока вероятностныхпреобразователей, первый вход которого сое.динен со вторым выходом блока управления,первый вход второго генератора соединен свторым выходом блока памяти, второйвход - с выходом блока вероятностных преобразователей, а выход - с вторым входом,блока моделей систем управления.Блок-схема устройства для прогнозирования надежности систем управления приведена на чертеже.Устройство для прогнозирования надеж-ности систем управления содержит первыйгенератор 1, блок 2 коммутаторов, блок+3памяти, блок 4 формирователей, блок 5 моделей систем управления, блок 6 селекции,статистический анализатор 7, блок 8 управления, блок 9 вероятностных.преобразовате. лей, второй генератор 1 О, блок 11 фиксацииотказа.Выход первого генератора 1 подключен к первому входу блока 2 коммутаторсе, выход которого соединен с входом блока 3 памяти. Первый выход блока 3 присоединен ко входу блока 4 формирователей, выход которого соединен с первым входом блока 5 моделей систем. Выход блока 6 селекции подключен ко входу статистического анализатора 7. Первый выход блока 8 управления соединен с вторым входом блока 2 коммутаторов, Второй .выход блока 8 управления присоединен к первому входу блока 9 вероятностных преобразователей, выход которого соединен со вторым входом второго генератора 1 О. Выходы второго генератора 1 О и блока 11 фиксации отказа подключены ко второму входу блока 5 моделей и второму входу блока 9 вероятностных преобразователей соответственно.Блок 1 представляет собой многоканальный генератор стационарных случайных низкочастотных напряжений с заданными корреляционными функциями. В состав генератора 1 включены общий первичный источник случайных флуктуаций, стационарные фильтры, нелинейные преобразователи и схемы контроля параметров генерируемых электрических напряжений.Блок 2 коммутаторов предназначается для размещения значений напряжений от генератора 1 по ячейкам памяти блока 3, Конструктивно блок 2 выполнен в виде элек. тронных коммутирующих элементов, управляемых по второму входу сигналами от блока 8.В качестве отдельных ячеек блока 3 памяти используются типовые элементы фиксации мгновенных значений напряжений генератора 1, поступающих через электронные коммутирующие элементы блока 2.Формирователи реализации случайных процессов изменения значений параметров элементов исследуемой системы, входящие в состав блока 4, выполнены на основе универсальных аналоговых активных линейных и кусочно-линейных аппроксиматоров. Аппроксиматоры могут включать один или более типовых операционных усилителей и управляемые делители в цепях обратных связей.Блок 5 физических моделей систем представляет собой в каждом конкретном случае совокупность электронных и электромеханических макетов компонентов исследуемых систем. Построение таких макетов осуществляется с учетом теории подобия и основных принципов баланса точности при физическом вероятностном моделировании. В состав макетов вводятся элементы с переменными параметрами, последовательно и параллельно соединенные с другими компонентами, а также с переключательными схемами для имитации внезапных отказов типа обрыв и замыкание.В блоке 6 селекции содержатся селекторы . по напряжению, частоте, фазе и т. д. С их помощью регистрируются события, заключающиеся ввыходе определяющих параметров исследуемых систем за пределы облас- . тей допустимых значений.Статистический анализаторпредназна. чается для автоматизированной обработки результатов моделировайия случайных нестационарных процессов изменения свойств систем, В состав анализатора могут входить построители гистограмм и кривых распреде. лений вероятностей значений времени появления отказов систем, а также вычислители характеристик законов распределений значений наработки систем до отказов, в том56 числе, вероятности безотказной работы в течение заданного времени, среднего времени безотказной работы, среднего квадратического отклонения наработки до отказа и т. п.Блок 8 управления предназначается для задания программы и режимов функционирования устройства; он содержит наборное поле, искатели, регулируемые источники стабилизированного напряжения, контрольноизмерительные функциональные элементы,Блок 9 вероятностных преобразователей предназначается для моделирования случайных событий - отказов типов обрыв и замыкание; он состоит из типовых вероятностных двоичных элементов, количество которых равно числу компонентов системы. Каждый двоичный элемент содержит равно- вероятностный 1, п-полюсник, триггер с раздельными входами, логические элементы И, генератор тактовых импульсов, переключатели, с помощью которых задаются велнчннц вероятностей (в двоичном коде) появления внезапных отказов.Генератор 1 О временных интервалов служит для имитации работы элементов систем до появления внезапных отказое и содержит стандартные источники сигналов, время появ. ления которых подчиняетея экспоненциальному закону с соответствующими параметрами.Блок 11 фиксации отказа (перехода систем и неработоспособное состояние может, представлять собой элемент памяти - триггер на МДП-транзнсторах с промежуточным запоминанием информации. Блок 11 предназначается для фиксирования момента времени перехода системы в состояние отказа (внезапного или параметрического) и запоминания его в течение подготовки уст. ройства к новому такту моделирования случайной реализации процесса приближения к отказовому состоянию.устройство для прогнозирования надежности систем управления работает следующим образом.В каждом канале генератора 1 стационарных случайных напряжений воспроизводится требуемый закон распределения мгновенных амплитудных значений напряжения. Количество каналов генератора определяется числом компонентов системы, у которых имитируются случайные процессы изменения определяющих параметров.Генерируемые случайные напряжения необходимы для моделирования законов распределения начальных значений параметров компонентов систем и значений скорости изменения параметров во времени. Электронные коммутаторы блока 2 по командам отблока 8 управления подключают входы яче. ек памяти блока 3 к соответствующим каналам генератора 1, Ц,течение подготовительного такта работы устройства в блоке 3 памяти фиксируются мгновенные значения случайных напряжений, пропорциональные5454 5 ю 5 20 25 30 35 46 45 Я) 55 66 начальным величинам параметроя компонентов систем и величинам скоростей их изменения в процессе износа или старения.Зафиксированные в блоке 3 мгновенныезначения случайных величин поступают навходы блока 4 формирователей реализацийслучайных процессов изменения свойств компонентов систем, Формирователи блока 4предназначаются для линейной и нелинейной аппроксимации реализаций реальныхпроцессов изменения определяющих параметров компонентов систем, В течение рабочеготакта функционирования устройства сигналыв виде элейтрических напряжений, токов илиинтенсивности световых потоков поступаютна вход блока 5 моделей систем, происходитодновременное изменение значениИ параметров компонентов систем.В момент временИ, соответствующий началу каждой огдельной реализации случайного процесса изменения параметров компонентов, со второго выхода блока 3 памяти на первый вход генератора 10 поступаютсигналы, по которым производится запускисточников временных интервалов. с дли.тельностью, пропорциональной времени работы компонентов системы до появления внезапного отказа.Вероятность появления внезапных отказов типа обрыв и замыкание моделируется в блоке 9 вероятностных преобразователей прн разрешающем сигнале от блока 11; такой сигнал подается на первыйвход блока 9 в то время, когда система находится в работоспособном состоянии,Распознавание состояний, в которых может находиться система управления, осушествляется с помощью блока 6 селекции.Ири выходе значений параметров системыза пределы установленных допусков на первом и втором выходах блока одновременнопоявляются сигналы. Олин из них поступаетиа вход статистического анализатора 7, другой - подается на вход блока 11 фиксацииотказа, т. е. перехода системы в неработоспособное состояние,При выполнении последовательности указанных тактов работы устройства, в каждомиз которых моделируется отдельная реализация параметров компонентов системы, навход анализатора 7 поступает статистическая информация о моментах времени возникновения отказов (внезапных и постепенных) систем. В блоке 7 по известным алто.ритмам производится вычисление требуемыххарактеристик надежности.Таким образом, с помощью данного устройства более полно учитываются реальныесобытия, имеющие место при эксплуатациисистем автоматики, а именно, нарушенияиз-за нестабильности комплектующих элементовприводяине к внезапныМ и постепенным отказам. Это обеспечивает точность идостоверность результатов прогнозированияколичественных оценок показателей надежности систем управления.НИИПИ Госуда ио д 1 3035,Филина ПППвета Миннстоткрытийан наб., л.уа. Прое ов СССР рствеииого комитета Седа м изобретен нй иМосква, Ж.35, РаущскПатевтэ, г. Ужгоро/б на Устройство для прогнозирования надежности. систем управления, содержащее блок коммутаторов, первый вход которого подключен к выходу первого генератора, второй вход - к первому выходу блока управления, выход - к входу блока памяти, первый выход которого соединен со входом блока формирователей, блок моделей систем управления, вход, которого подключен к выходу блока формирователей, а выход - к вхо. ду блока селекции, статистический анализатор, вход которого соединен с выходом блока селекции, отяичоющееся тем, что, с целью иовыцюния точности прогнозирования надеж. ности систем, оно содержитвторой генератор, блок вероятностных преобразователей н блок 4 нвсации отказа. вход которого подключен к второму выходу блока селекции, выход соединен со вторым входом блока вероятностных преобразователей, первый вход которого соединен со вторым выходом блока управления, первый вход второго генерато ра соединен со вторым выходом блока паМяти, второй вход - .с выходом блока вероятностных преобразователей, а выход - с вторым входом блока моделей систем управления. 10Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:1. Авторское свидетельство СССР389510, кл. б 06 Г 15/46, 1971.2. Авторское свидетельство СССР 1304586, кл. б 06 Г 1546, 1970,3. Авторское свидетельство СССР46095, кл. б 06 Г 15/46,.1961.