Устройство для прогнозирования надежности, учитывающее тренд случайного воздействия

СОЮЗ СОВЕТСНИХСОЦИАЛИСТИЧЕСНИХРЕСПУБЛИН,09 ЗСэ):6 05 В 23 0 ГОСУД АРС ПО ДЕЛА ЕТЕН ИЗОБР САН К АВТОРСКОМУ ТЕЛЬС с ЕИНЫЙ КОМИТЕТ СССРЗОБРЕТЕНИЙ И ОТНРЬПМЙ 1(61 ) 714362,(56) 1, Авторское свидетельство СССРР 7" 4362, кл, С 05 В 23/02, 1979.ТРЕНД СЛУЧАЙНОГО ВОЗДЕЙСТВИЯ, поавт. св. Р 714362, о т л и ч а ю -щ е е с я тем, что, с целью повышения точности прогноза, в,него введены блок вычитания, пиковый детектор со сбросом, линия задержки,.ключ, усилитель, автогенератор,частотный модулятор и переключатель.,первый вход которого подключен квыходу второго вычислительного блока, выход - к .третьему входу первого вычислительного блока, а второйвход - к выходу блока вычитания,первый вход которого соединен с пя- .тым входом устройства, а второйвход - с выходом пикового детекторасо сбросом, первый вход которогоподключен к выходу блока управления,который соединен через линию задержки с первым входом ключа, выход которого соединен с вторым входом пикового детектора со сбросом, а второйвход - с выходом усилителя, первый .вход которого подключен к третьему,входу устройства, а второй вход че- Ерез автогенератор - к выходу частотного модулятора, вход которого подключен к четвертому входу устройства5 10 5 20 25 30 о = д в в (5 п),(2) 40 45 50 55 60 65 Еп= аоЬ Изобретение относится к вычислительной технике и автоматике и может быть использовано для прогнозирования надежности технических объектов по текущим значениЕм реализации, представленных в виде непрерывных случайных процессов (СП) воэ.действия с изменяющимся во времениматематическим ожиданием, а такжепо сведениям о предельных воэможностях технических, объектов, т. е. сопротивляемостях.По основному авт. св. 9 71.4362известно устройство для прогнозирования, содержащее коррелятор, аналиэатор случайного процесса, первыйвход которого через коррелятор соединен с первым входом устройства,а второй вход подключен непосредственно к этому же входу устройства,первый вычислительный блок, блок.управления, блок определения математического ожидания, Глок аппроксимации, второй вычислительный блок,первый вход коТорого соединен свыходом блока управления, а второйвход черезблок аппроксимации иблок определения математическогоожидания - с первым входом устройства, блок дифференцирования, сумматор и блок произведения, первыйвход которого через блок дифференцирования подключен к второму входу устройства, а второй вход .= квыходу первого вычислительного бло ка, первый вход которого соединенс выходом анализатора. случайного процесса, второй вход - с выходом блока управления, третий - с выходом второго вычислительного блока, другой выход блока управления подключен к третьему входу блока произведения, выход которого соединен с первым входом сумматора,. второй вход которого подключен к выходу блока управления, а выход - к выходу устройства. Устройство позволяет учитывать при прогнозировании надежности технических объектов монотонный тренд математического ожидания случайного воздействия. В данном случае величину Ь, отражающую изменение соотношения между математическими ожиданиями сопротивляемости и СП воздействия вследствие тренда последнего, определяют следующим выражением: где а и Ьь - постоянные;и - глубина прогноза, выра"женная через число ин- тервалов корреляции СП воздействия (,1(,Недостатком известного устройст.- ва является невозможность учета тренда СП воздействия, имеющего немонотонный характер. При эксплуатации технических объектов могут иметь место случаи, когда соотношение между математическими ожиданиями сопротивЛяемости и СП воздействия периодически то возрастает, то уменьшается. Это явление можно наблюдать, например, при температурных внешних воздействиях.Цель изобретения - повышение точности прогноза за счет немонотонности тренда математического ожидания СП воздействия при прогнозировании надежности технического объекта.При проведении анализа немонотонных трендов, не имеющих скачков, а возрастающих и убывающих плавно., с некоторым периодом, .с точки зрения суммы квадратов невязки приаппроксимации такого тренда наиболее приемлемы два варианта аппроксимирую. щих выражений: параболами по полу- периодам и тригонометрическими Фуцкциями,например, синусоидной на всеь протяжении. Однако предпочтительнее применение тригонометрической зависимости, так как аппроксимация параболами является кусочной, что существенно услОжняет определение прогноэируемых значений Функции надежности. В этом случае величину Б, отражающую изменение соотношения между математическими ожиданиями сопротивляемости и СП воздействия, определяют следующим образомф где д и 5 - постоянные.Поставленная цель достигается тем, что устройство для прогнозирования надежности, учитывающее тренд случайного воздействия, дополнительно снабжен автогенератором, частотным модулятором, усилителем, ключом, пиковым детектором со сбросом, лини. ей задержки, блоком вычитания и переключателем, первый вход которого подключен к выходу второго вычисли" тельного блока, выход - к третьему входу первого вычислительного блока, а второй вход - к выходу блока вычитания, первый вход которого сое. динен с пятым входом устройства, а второй вход - с выходом пикового детектора со сбросом, первый вход которого подключен к выходу блока управления, которыЯ соединен через линию задержки с первым входом ключа, выход которого соединен с вторым входом пикового детектора со сбросом, а второй вход - с выходом усилителя, первый вход которого подключен к третьему входу устройства, а второй вход через автогенератор - к выходу частотного модулятора, вход которо го подключен к четвертому входу уст- , ройства.50 55 65 Ъвтогенератор формирует синусоидальные колебания, характеризующие тренд СП внешнего воздействия. Частотный модулятор задает необходимую частоту, а усилитель - амплитуду этих колебаний. Ключ, представляющий собой усилитель, работающий в режиме ключа, необходим для пропускания мгновенного значения соотношения между. математическими ожиданиями в дискретные моменты времени, кратные интервалу корреляции, за счет срабатывания ключевой схемы в тече- ние длительности импульса глубины прогноза и,Пиковый детектор со сбросом предназначен для формирования длительного электрического сигнала, со" ответствующего мгновенному значению сигнала, поступающего с ключа. Он состоит из диода, конденсатора и .ю электронного ключа, выполненного. наполевом транзисторе. Принцип работы. пикового детектора со сбросом заключается в том, что мгновенное значение сигнала, поступающего с ключа на второй вход пикового детектора со сбросом, обеспечивает заряд конденсатора до величины, соответствующей величине этого сигнала (в исходном положении электронный ключ разомкнут), что и обеспечивает на выходе пикового детектора со сбросом практически постоянный по величине сигнал, соответствующий входному, В момент поступления импульса глубины прогноза и на первый вход пикового детектора со сбросом срабатывает электронный ключ и конденсатор быстро разряжается через малое внутреннее сопротивление транзистора. В момент окончания действия импульса глубины лрогноэа и электронный ключ приходит в исходное состояние.Линия задержки предназначена для задержки импульса глубины прогноза и, поступающего на ключ, по сравне нию с тем же импульсом,поступающим на пиковый детектор со сбросом, с целью приведения его в исходное состояние. Переключатель осуществляет замыкание и размыкание соответствующих цепей в зависимости от режима работы устройства, Блок вычитания производит оценку аргумента условной функции распределения внешнего воздействия Р" (х- би) относительно гипотезы о том, что предельное (допустимое) значение воздействия принадлежит элементарному отрезку хис х с"х. +Ох Я определяют по формуле (2),х- математическое ожидание сопротивляемости) На чертеже представлена блок-схема предлагаемого устройства. Устройство для прогнозированиясодержит коррелятор 1, выход которого соединен с первым входом анализатора 2 случайного процесса, а входявляется входом устройства. Анализатор 2 своим вторым входом подключенк входу устройства, а выходом - кпервому входу первого вычислительного блока. 3. Второй вход блока 3 соединен с выходом блока 4 управления,а третий вход - с выходом переключателя 5, первый вход которого подклю чен к выходу второго вычислительногоблока 6. Первый вход блока 6 соеди"нен с выходом блока 4 управления, авторой вход - с выходом блока 7 аппроксимации, вход которого подключен к 15 выходу блока 8 определения математического ожидания, Вход блока 8подключен к входу устройства. Входустройства является входом блока 9дифференцирования, соединенного сво им выходом с первым входом блока 10произведения. Второй вход блока 10подключен к выходу первого вычислительного блока 3, третий вход - квыходу блока 4 управления, а выход 5 к первому входу сумматора 11. Второй вход сумматора соединен с выходом блока 4 управления, а выход является выходом устройства. Выход блока 4 соединен с первым входом пикового детектора 12 со сбросом и линией13 задержки, выход которой подключенк первому входу ключа 14. Второй входключа соединен с усилителем 15, первый вход которого подключен квходуустройства, второй вход через автогейератор 16 -. к выходу частотногомодулятора 17, входом которого является вход устройства. Вход устройстваявляется первым входом блока 18 вы-.читания, выход которого подключен к 40 второму рходу переключателя 5, авторой вход вк выходу пикового детектора 12 со сбросом, вторым входомсоединенного с выходом ключа 14.Устройство для прогнозированиянадежности, учитывающее тренд случайного воздействия, работает в двухрежимах. Режим 1. Монотонный тренд математического ожидания случайного воздействия (переключатель 5 устанавливается таким образом, что выход второго вычислительного блока 6 соединен с третьим входом первого вычислительного блока 3, а выход -блока 18 вычитания и третий вход первого вычисли" тельного блока 3 разобщены). Информация о воздействии на технический объект в виде СП в Форме непрерывного электрического сигнала ц( ), например давление, температура и т.п., поступает с входа устройства на.: вход коррелятора 1 и на второй вход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе 1 определяется авто.- корреляционная Функция случайноговоздействия, а по ней ее интервал корреляции йь. Интервал корреляции задается анализатору 2 случайного процесса, в котором случайное воздействие разбивается на промежутки д и затем в каждом иэ .полученных промежутков определяется наибольшее значение. Эти наибольшие значения поступают .на первый вход первого выцислительного блока 3. Непрерывный СП воздействия 0( ) подается ,О также на вход блока 8 определения математического ожидания СП воздействия и, следовательно, величина 6 отражающая изменение соотношения . между математическими ожиданиями 15 сопротивляемости и СП воздействия вследствие трендапоследнего. В блоке 7 аппроксимации определяются постоянные д и Ь по методу наименьших квадратов, Эти постоянные подаются во второй вычислительный блок 6, где оценивается величина аргументов условной функции распределения внешнего воздействия Г" (х в .6) для различных ) ( =1, 2, , и ). Глубина прогноза и задается блоку 6 через его первый вход блоком 4 управления. Вычисленные .значения аргумента (х- Ь 1) поступают на третий вход первого вычислительного блока 3, в котором определяются условные вероятности (функции распределения ) Гц,(х-ь). Глубина прогноза и задается блоку 3 через его второй вход блоком 4 управления. Эти условные вероятности подаются в блок 10 произведения, На первый вход блока 10 поступают с входа устройства через блок 9 дифференцирования сведения о предельных возможностях технического объекта в виде Функции распределения сопро тивляемости Г",(х ), В блоке 10 про" изведения формируется величина лЛ ГО (к- ь ) д Гх ), которая после ф 1вычисления по команде с блока 4 уп равления подается на вход сумматора 11. В сумматоре эта величина суммируется Кс,э (К задается блоком 4 управления в зависимости от требуемой точности вычисления),Таким образом, на выходе сумматора 11 Формируется величина вероятности безотказной работы (надежности ) В(п) технического объекта в соответствии с формулой55 50 лМфЕП (Г (-1 ЦДР 1)е 1 Прогноэируемое значение надежности 60подается на выход устройства.Режим 2. Немонотонный характертренда математического ожидания случайного воздействия (переключатель 5станавливается таким обРазом, . 65 что выход блока 18 вычитания соединен с третьим входом первого вычислительного блока 3, а выход второго вычислительного блока 6 и третий вход первого вычислительного блока 3 разобщены).Информация о воздействии на технический объект в виде СП в форменепрерывного электрического сигналалО(с), например давление, вибрацияи т.п., поступает с входа устройства на вход коррелятора 1 и на второйвход анализатора 2 случайного процесса. В корреляторе определяетсяавтокорреляционная функция случайного воздействия, а по ней - ее интервал корреляции ьь . Интервал кор-иреляции задается анализатору 2 слу-, чайного процесса, в котором случайное воздействие разбивается на промежутки Ь и затем в каждом из полученных промежутков определяется наибольшее значение, которые поступают на первый вход первого вычислительного блока 3, Автогенератор 16 формирует колебания, характеризующие тренд . случайного воздействия, частота которого задается частотным модулятором 17. Далее сигнал поступает на усилитель 15, где Формируется его амплитуда, По сигналам с выхода блока 4 управления, поступающим через линию 13 задержки на первый вход ключа, пропускаются мгновенные .значения величины В, которые далее подаются на пиковый детектор со сбросом для формирования длительного с постоянной амплитудой 5 сигнала, соответствующего изменению соотношения между математическими ожиданиями сопротивляемости и СП воздействия вследствие тренда последнего. Далее этот сигнал поступает на вход блока 18 вычитания, где оценивается величина аргументов условной Функции распределения внешнего воздействия Г"(х 4) для различных =1, 2, , и ). Вычисленные значения аргумента (х -8) поступают через переключатель 5 на третий вход первого вычислительного блока 3. В дальнейшем работа блоков 3, 4, 9, 10 и 11 происходит так же, как и в режиме 1положительный эффект предлагаемого устройства заключается в том, что оно позволит в отличие от прототипа учесть немонотонность тренда математического ожидания СП воздействия при прогнозировании надежности технического объекта. Это существенно может снизить погрешности при прогнозировании надежности в ряде случаев .на 40, Опыт эксплуатации некоторых типов техническихЮюееетвююа ю тттщаютеа Заказ 6928/51 Тирам 874 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж, Раущская наб., д, 4/5филиал ППП фПатентф, г. Уагород, ул. Проектная, 4 объектов показывает, что экономический эФфект от внедрения предлагаемого устройства моиет составить до 15% от затрат на введение в строй и эксплуатацию объекта.