Устройство для статистическогомоделирования производственныхпроцессов

(22) Заявлено 3101,77 (23) 2441002/18-24с присоединением заявки Иф -(23) ПриоритетОпубликовано 15,01,81. Бюллетень ЙЯ 2Дата опубликования описания 150181 6 06 Г 15/36 Гесударстаенкий квинтет СССР яе дедам кзобретеккй к открытийЭ. А. Баканович, И. Е. Гаген, С. ф. Костюк, В. М. Кулаков В. Б. Лыоов, Н. И. Мельник, А. В. Меньков, В. И. Новиков М. А. Орлов, Н. Г. Пикин, А. Н. Попов, В. Н. Четвериков,В, П. Шмерко и Е. А. ЯкушенкоМинский радиотехнический институт, Московское ордена Ленина и ордена Трудового Красного Знамени высшее техническое училище имени Н. Э, Баумана и Всесоюзный научноисследовательский институт "Электростандарт"(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ СТАТИСТИЧЕСКОГО МОДЕЛИРОВАНфй ПРОИЗВОДСТВЕННЫХ ПРОЦЕССОВисти 5 Изобретение относится к вычислительной управляющей технике и предназначено для автоматизации испытаний иэделий электронной техники, радиоаппаратуры, механических конструк ций 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 стет ческого моделирования производственных процессов, содержащее управляющую 1 (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 испытаний, обеспечивающую изменениепрограммы испытаний, 25 проведение коррекций задающего про- . цесса и т. п., блок сопряжения ЭВМ с периферийными устройствамит например, с каналами связи; испытательный стенд, снабженный устройствами пере-. 30 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 электродинамичес кую 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. Такие 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 ляющую вычислительную машину, выход и вход которой соединены соответственно с первым входом и первым выходом блока сопряжения, второй выход и второй вход которого подключены 15 соответственно ко входу канала прямой связи и к выходу канала обратной связи 2 .Однако в этом устройстве при периодическом повторении испытательной проО граммы, что оказывается необходимым при проведении длительных испытаний, и из-за ограниченного объема памяти ЭВМ спектральная плотностьмощности имитирующего процесса становится дискретной, и нельзя утверждать, что такой процесс пригоден для испытаний если не всех, то, по крайней мере, некоторых типов объектов, Указанное обстоятельство ограничивает область применения устройства, 30Цель изобретения . - расширение области применения устройства.Для достижения поставленной цели устройство содержит генератор случайного прОцесса, статистический анализатор, первый коммутатор и второйкоммутатор, вход которого подключен квыходу испытательного стенда, первый выход - ко входу канала обратной связи, а второй выход - ко вхо О ду статистического анализатора, первый выход которого соединен с третьимвходом блока сопряжения, третий выход которого соединен с первым входом генератора. случайного процесса,второй вход которого соединен со вторым выходом статистического анализатора, а выход - с первым входомпервого коммутатора, второй вход которого соединен с выходом канала прямой связи, а выход- со входом испытательного стенда.На чертеже приведена блок-схема устройства.устройство содержит управляющуювычислительную машину 1, блок 2 со.йряжения, испытательныйстенд 3, ка.нал 4 прямой связи, канал 5 обратной связи, генератор б случайного процесса, статистический анализатор 7, коммутаторы 8 и Я. ЬОУправляющая вычислительная машина1 соединена с первым входом,и первым выходом блока 2 сопряжения, второй выход которого соединен со входом канала 4 прямой связи, подключен 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 входом блока 2 сопрякения, а второй выход - со 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:обслукивания каналов и вспомогательных устройств, а такие программы документального оформления ре- зультатов 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 моцулей, например, модулей адреснойкоммутации всех каналов связи машиныс внешним испытательным оборудованием.Дополнительно этот блок может обеспечивать временное согласование управляющей и контрольно-измерительной информации, подаваемой и поступающей отканалов связи и объектов, находящихся, например, на различном удаленииот машины.Испытательный стенд предназначенкак для проведения различных испытаний на воздействие механических, элекгрических, климатических и другик факГоров, так и для проведения сложныхмногофакторных испытаний, включающихсочетание перечисленных воздействий.Он выполнен как единое по конструктивным признакам устройство или ввиде специализированных модулей,в частности однотипных, для обеспечения одновременного параллельного 20испытания объектов одного и тогоже назначения. Основными блоками стенда являются преобразователи входныхуправляющих сигналов в воздействиятого или иного вида с передачей 25этих воздействий на испытываемыйобъект. Испытательный стенд снабжается также контрольно-измерительными устройствами, обеспечивающими получение требуемой информации опроцессе испытания.30Канал прямой связи с испытательнымстендом предназначен для передачи настенд сигналов или кодовых последовательностей, формируемых непосредственно управляемой ЭВМ. Канал содержитодин или более цифроаналоговых преобразователей, устройства локальногоуправления и временной синхронизации, усилители сигналов для помехоустойчивой передачи их по линиям 40связи 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 кодовыхпоследовательностей, вырабатываЕмыхкОнтрольнО измерительными устрОйства 50ми испытательного стенда, Так же каки канал прямой связи, канал обратной связи имеет любое требуемоечисло входов и выходов, содержит необходимое количество аналого-цифровыхпреобразователей, имеет устройстволокального управления и временнойсинхронизации, усилители сигналов ит. п.Генератор случайного процесса фор"мирует случайные величины, распре" Яделенные во времени в пространстве, представленные случайными кодовымй последовательностями, т. е. ввиде процессов и т. п. После введения управляющей программы генера тор может работать как в автономном режиме, так и в режиме автоподстройки, зависящем, например, от результа" тов 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 соответствующие 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 с(с) за" меняются на интервалах квантования дс=сК-с К , КО, 1,2 ,щ, отрезками прямой ц,(с). Значения ц, (с) 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 ц(с), передаваевюе первым коммутатором 8 на вход испытательного стенда3. Блоки Формирования испытательногостенда 3 преобразуют сигналы г)в сигналы п(г), приближенно с заданнойточностью воспроизводящие требуемуюзависимость (г) на интервале Т=вг,Сигналы контрольно-измерительных устройств стенда 3 поступают через второйкоммутатор 9 на канал 5 обратной связи, где преобразуются в кодированныепоследовательности чисел, передаваемыхблоком 2 сопряжения н маШину 1,На основании анализа сигналов иэ- омерения может быть реализовано, например, масштабирование чисел хК,.величин цк(г), а следовательно, иКсигналон ц (г) при ОтклОнении их ОтКтребуемых значений.1(ак видно из рассмотренного примера,воспроизведение детерминированныхнагрузок полностью обеспечиваетсяпервым контуром управления.В качестве примера имитации случайных нагрузок рассмотрим воспроизведение вторым контуром управления нестационарного случайного процесса с программно изменяемой на интервалахг,=гК -гк. плотностью распре деления случаиного процесса, В моменты времени г к, К = 0,1,2,в, в генератор б вводится через блок 2 сопряжения новая программа настройки, рассчитываемая машиной 1, что и обес- ЗО печивает генерирование на выходе генератора б в течение времени гК случайного процесса, имеющего требуемую плотность распределения. Выходные сигналы генератора б передаются пер- у вым коммутатором 8 на нход 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 функциональных статистических анализаторов в составе блока 7 обеспечивает повышение быстродействия анализатора, что увеличивает частотный диапазон анализируемых процессов и Я тем самым расширяет Функциональные возможности устройства. На основании результатов статистического анализа управляющая машина 1 может, напри" мер, корректировать характеристики выходного процесса канала генератора б.Функционирование третьего контура управления, обеспечивающего полное высвобождение машины 1 на время испытаний, рассмотрим при имитации слу- ЬО чайного,процесса представляющего собой последовательность импульсов тре- УГОльнОЙ ФОрмы, имеющих случайные амплитуды А длительности Ь и полярность и следующих друг за цругом 65 через случайные интервалы. Все параметры импульсов управляются и имеют произвольную требуемую Функцию распределения,После введения нгенератор б управляющей кодовой последов .пьности, определяющей Формирование заданных функций распределения, система переходит н 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 математического 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 устройстна.Таким образом, технико-экономическая эффективность прецлагаемого уст-ройства для статистического моделирования производственных процессов Определяется следующими его качествами; обеспечинает воспроизведение программно управляемых случайных испытательных воздействий; позволяет воспроизводить сложные испытательные программы, сочетающие ноздейстние случайных и детерминированных нагрузок.При воспроизведении случайных нагрузок устройство позволяет проводить длительные испытания без непосредственного участия управляющей ЭВИ, которая н течение времени испытания может быть использована для решения иных задач.Формула изобретенияУстройство для статистического моделиронания 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 сняэи 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 нторой коммутатор, вход которого подключен к выходу796854 оставитель А. Караехред М.Голинка дактор М. кина орректорС. Шекмар Тираж 754рственного комитетаобретений и открытий35, Раушская наб.,Заказ 9 1/67 НИИПИ Госуда по делам из 5, Москва, ЖПодписное 1303 филиая ППП "Патент", г. Ужгород, ул. Прое ная,испытательного стенда, первыи выход -ко входу канала обратной связи, авторой выход - ко входу статистического анализатора, первый выход которого соединен с третьим входом блока сопряжения, третий выход которого.соединен с первым входом генератораслучайного процесса, второй вход которого соединен со вторым выходомстатистического 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 экспертизе1Система для виброиспытаний набазе ЭЦВМ. Экспресс-информация "Испытательные приборы и стенды", 1974, 9 4,с, 37-44.2. Энциклопедия кибернетики. т . 2,1 ОКиев, 1975, с. 428 (прототип).