Аналоговый оптимизатор числа запасных блоков

ГОП ИСАНИЕИЗОБРЕТЕНИЯК АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ Союз СоветскинСоциалистическихРеспублик и 752386(54) АНАЛОГОВЫЙ ОПТИМИЗАТОР ЧИСЛА ЗАПАСНЫХБЛОКОВ Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использованб для определения комплекта запасных бло ков, обеспечивающего минимальный простой технической системы из-эа недостачи запасных блоков при заданном ограниче 5 нии на затраты (стоимость, вес, габариты и т,д.) с пуассоновским распределением отказов.Известно устройство для решения за 10 дач нелинейного программирования, содержащее блок интеграторов для изменения аргументов оптимизируемой функции, функциональные преобразователи для получения градиентов оптимизируемой функции,15 блок сумматоров, множительные блоки, блок формирования весовых коэффициентов, блок усилителей 1 .Наиболее близким по технической сущности является аналоговый оптимизатор, содержащий блоки установки затрат, блок суммирования, переключатель. Кроме этого оптимизатор содержит блоки нелинейности, блоки перемещения, блоки умноже 2ния на постоянный коэффициент, блок раз 1 вертки, блок изменения градиента, дополнительные блоки суммирования и переключатели 2,Это устройство псзволяет решать задачу оптимального резервирования градиентным методом при любых законах распределения времени между отказами устройств и содержит блоки нелинейности, блоки перемножения, блок умножения на постоян- ный коэффициент, сумматоры, блоки установки затрат, блок развертки, блок измерения градиента, блок суммирования и переключатели.Решение поставленной задачи с помощью известных устройств представляет большие трудности.Во-первых, для воспроизведения целевой функции для каждой переменной с по мощью блоков нелинейности необходимо вычислять значение этой функции, Во-вто рых, заранее неизвестно количество запасных блоков, для которых необходимо вычислять значения этой функции Поэтому= (3)Где Р р - вероятность простоя техничес 55кой системы из-за недостачизапасных блоков-го типа;- число запасных блоков ) - готипа; Е" 0 50 использование известных устройств длярешения поставленной задачи трубет большого объема предварительных вычислений,соизмеримых с временем решения задачи.Кроме того, эти устройства содержат большое количество сложных узлов (блоки нелинейности, блок измерения градиента, блоки перемножения). Решение задачи с помощью Х ) связано с многократным вычислением градиентов, запоминанием и ана лиэом показаний приборов, большого количества переключения, что требует существенных затрат времени,Гжель изобретения - увеличение быстродействия и упрощение устройства. 15Указанная цель достигается тем, чтов аналоговый оптимизатор содержащий блоки установки затрат, блок суммирования,переключатель, введены блоки формирования приращений целевой функции, блоки 20умножения на постоянный коэффициент, дваблока сравнения, блок формирования коэффициента простоя и реле времени, вход которого подключен к выходу первого блокасравнения, первый вход которого соединен 25с первым выходом блока формирования приращений целевой функции, второй выход которого подключен к входу блока формирования коэффициента простоя, выход каждого блока установки затрат соединен с вхо 30дом соответствующего блока умноженияна постоянный коэффициент и через переключатель соединен со входом блока установки градиента, вйход которого подклю. чен к второму входу первого блока соавнения, выход каждого блока умножения напостоянный коэффициент соединен с соответствующим входом блока суммирования,выход которого подключен к входу второго блоке сравнения, 0Математически задача выбора оптимального комплекта запасных блоков заключается в нахождении такого комплекта запасных блоков, чтобы обеспечить- стоимость запасных блоков3) -го типа;б- параметр обслуживания,Задачи (1), (3) относятся к классу задач дискретного программирования. Однимиэ наиболее приемлемых методов для практического решения этих задач являетсяметод наискорейшего спуска,Процесс поиска решения (1), (3) градиентным методом заключается в выборедля каждого ) -го типа блока такого наименьшего числа о , для которого впервые выполняется условиеР(О РО С П С, (4) где О О - произвольно выбранный градиент,На фиг, 1 показана схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема блокаформирования приращений целевой функции.Устройство содержит (фиг, 1) блок 1формирования приращений целевой функции,предназначенный для определения напряжений, пропорциональных приращениям целевой функции, блоки 2 -24 установки за 4трат для установки напряжений, пропорциональных затратам на один блок оптимизируемой системы, блок 3 -31 умноженияна постоянный коэффициент для установкиколичества запасных блоков по каждомутипу, блок 4 суммирования, для контроляограничений оптимизируемой функции, блок5 установки градиента для задания градиента оптимизируемой функции, первый блок6 сравнения с транспарантом "УстановитьО для выбора оптимального количествазапасных блоков, блок 7 формирования ко-эффициента простоя для определения коэффициента простоя технической системы,реле 8 времени для временного подключения блока 1 к входу блока 7, переключа-тель 9 и второй блок 10 сравнения длясравнения выхода блока 4 с Ор .Блоки 24-2 выполнены в виде стандартных блоков постоянных коэффициентов,В качестче блоков 34-3 и 5 используются стандартные блоки умножения на постоянный коэффициент. Блок 7 состоит изоперационного усилителя в режиме интегрирования кнопки сброса и вольтметра.Блок 1 формирования приращений функции (фиг. 2) содержит блок 11 заданияпараметра обслуживания ф масштабныйблок 12, блок 13 суммированияблок 14деления для получения целевой функции,блок 15 вычитания для вычисления значений приращений целевой функции, переклю752386 5чатель 16, кнопку 17, реле 18 с контакт ными группами 19-33, блок 34-39 запоминания для запоминания промежуточных результатов и результатов вычисления значений целевой функции.5Принцип работы блока 1 формирования приращения целевой функции (фиг. 2) заключается в следующем.Перед началом работы переключатель 16 устанавливается в нулевое положение, На блоке 11 устанавливается параметр обслуживания с соответствующий выбранному типу запасных блоков, Нажимается кнопка 17 и О,л ц подается на вход блока 11 и 13. С выхода блока 11 снимается напряжение пропорциональное СК и через переключатель 16 подается на вход масштабного блока,12. Выходное напряжение с выхода блока 12, пропорциональное с 1 с подается на вход блока 34 и вход бло- ка 13 суммирования, С выхода блока 13 суммирования снимается напряжение, пропорциональное (1+с) и подается на вход блока 36. Выходные напряжения с.блоков 34 и 36 через переключающие контакты 23 и 26 подаются на вход блока 14 деления, с выхода которого снимается напряжение пропорциональное СА /(ЛСи запс- минается на блоке 38. Это напряжение соответствует значению целевой функции, когда количество запасных блоков равно нулю.На втором шаге переключатель 16 переводится в положение 1, при этом срабатывает реле 18 и перебрасывает все кон- З 5 такты в противоположное положение. Напряжения пропорциональные О и (1+ +001 с выходов блоков 34 и 36 через переключающие контакты 22 и 25 подаются на входы блоков 11 и 13 соответ- .40 ственно. С выхода блока 11, снимается напряжение, пропорциональное Ю и через переключатель 16 подается на вход масштабного блока 12, с выхода которого снимается напряжение пропорциональное45 б /2.Выходное напряжение с блока 12 по 2дается на вход блока 35 и на первый вход блока 13 суммирования, С выхода блока 13 суммирования снимается напряжение, пропорциональное (сЯ +1+с) и по 50 дается на вход блока 37. Напряжения пропорциональные с/2 и (а+1+С) с выходов блоков 35 и 37 через дерекцочающие контакты 23 и 26 подаются на блок 1455 деления, с выхода которого нимается сигсРнал, пропорциональный(,л. Лл,) что соответствует значению целевой функции, когда количество запасных блоков данно 6го типа равно единице, Это напряжениеподается на вход блока 39, Напряжениес выхода блока 38 (соответствующее предыдущему значению целевой функции) инапряжение с выхода блока 39 подаютсяна вход блока 15 вычитания, С выходаблока 15 вычитания снимается напряжение, пропорциональное приращению целевойфункции АР (О). В дальнейшем работа схемы аналогйчна. Таким образом, с выходов блоков 34 и 35 получаем напряжениео,п+лпропорциональное в , что соответству(о;+Л 1ет реализации первого сомножителя в формуле (2), а с выходов блоков 36 и 37ол,АК что соответствует реализациивторого сомножителя этой формулы,Принцип работы устройства (фиг. 1)заключается в следующем.Задаются произвольным значением градиента ЬО и для каждого типа блокаподбирается наименьшее значение 1), длякоторого впервые выполняется условие(4). По полученным значениям п проверяется условие (3), Если это условие невыполняется, то необходимо уменьшатьзначениедо тех пор, пока не будетвыполнено это условие,Перед решением задачи на блоках 22 М устанавливаются напряжения, пропорциональные затратам на один блок оптимизируемой функции, а на блоке 4 задаетсяопорное напряжение О оппропорциональное величине Со. Переключатель 9 устанавливается в положение А . Переключатель16 блока 1 устанавливается в нулевое положение а на блоке 11 (фиг. 2) устанавливается параметр обслуживания А дляпервого типа запасных блоков.Выполняется нулевой шаг решения, Нажимается кнопка 17 срабатывает схемаблока и на выходе блока 36 получают значение целевой функции Р(0).Затем выполняется первый шаг решения,Переключатель 16 переводится в положение 1 и с выхода блока 1 снимаетсянапряжение, пропорциональное Ь Рл (О). Напряжения с выходов блока 5 установки градиента и блока 1 сравниваются в блоке 6, Если напряжение с выхода блока 5 не превышает выходного напряжения блока 1 (т,е, выполняется условие (4), то блок 6 не срабатывает и транспарант "Установить и" не загорится, Переключатель 16 переводится в положение В соответствующее н= 2 и т.д. При загорании транспаранта реле 8 времени подключает через контакт 8 второй выход блока 1 ко входу блока 7. На блоке Зл752386 8затрат, блок суммирования, переключау тель, о т л и ч а ю щ и й с я тем, что,с целью увеличения быстродействия иупрощения устройства, в него введеныблок формирования приращений целевойфункции, блоки умножения на постоянный й коэффициент, два блока сравнения, блокформирования коэффициента простоя и реле времени, вход которого подключен к10 выходу первого блока сравнения, первый,вход которого соединен с первым выходомблока формирования приращений целевойфункции, второй выход которого подключенк входу блока формирования коэффициентаИ простоя, выход каждого блока установкизатрат соединен с входом соответствующего блока умножения на постоянный коэффициент и через переключатель соединенсо входом блока установки градиента, вы 20 ход которого подключен к второму входупервого блока сравнения, выход каждогоблока умножения на постоянный коэффициент соединен с соответствующим входомблока суммирования, выход которого под 25 ключен -.,к входу второго блока сравнения,7умножения на постоянный коэффициент устанавливается коэффициент равный номерположения переключателя 6, а сам переключатель возвращается в исходное положениеЗатем переключатель 9 устанавливаетса в положение В и выполняется второшаг ре.ения с помощью переключателя16. После выполнения Я шагов напряжение на выходе блока 4 суммированияможет быть ), (положенное ограничение израсходовано точно), либо большеОдп (перерасход). В последнем случаена блоке 5 установки градиента устанавливается новое (меньшее) значение градне нтаоСхема возвращается в исходное состояние и процедура поиска повторяется, начиная с нулевого шага, Б результате решения задачи напряжение на выходе блока 7 простоя соответствует достигнутомузначению целевой функции для всей технической системы, напряжение на выходесумматора - суммарной затрате, а зафиксированные коэффициенты каждого блокаустановки величины запаса - числу выбранных запасных блоков,Вследствие введенным новым блоками связей между ними увеличилась скорость получения решения и упростиласьреализация аналогового оптимизатора,Формула изобретенияАналоговый оптимизатор числа запаспых блоков, содержащий блоки установки Источники информации,принятые во внимание при экспертизе1, Авторское свидетельство СССР И 497602, кл, Я 06 6 7/48, 1973,2, Авторское свидетельство СССР Ж 9 475630, кл, 6 06 6 7/48, 1973752386 Составитель А. Яицковтор А. Долинич Техред И. Асталош Корректор Г, Решетник сно СР д. 4/5 ПП фПатентф, г. Ужгород, ул. Проектная, 4 ил 10 Тираж 751НИИПИ Государственного по делам изобретений и 035, Москва, Ж, Ра комитета открытий шская на