Устройство для определения параметров контроля

12592Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайныхпроцессов, например, для определенияс заданной доверительной вероятностьюэнтропии параметров контроля сложныхтехнических систем,Цель изобретения - обеспечениевозможности определения с заданнойдоверительной вероятностью энтропии 1 Опараметров контроля сложных технических систем.На фиг.представлена структурнаясхема устройства; на фиг. 2 - структурная схема блока управления; на 15фиг, 3 - узел вычисления энтропии;на фиг. 4 - блок задания вероятностибезотказной работы,В процессе использования сложныхтехнических систем их состояние (работоспособное - не работоспособное)определяется контролем определеннойвыборки параметров. Структуру технической системы составляют и элементов с произвольной топологией,причем состояние каждого х-го элемента определяется вероятностью безотказной работы Р,;). Контролю подлежат и( параметров, причем п з т. Взависимости от структуры состояние ЗОкаждого 1 с-го параметра контроля зависит от состояния каждого элементасистемы, оказывающего на него влияние, т,е, вероятность безотказной работы по 1 с-му параметру контроля 35Рп ) равняется произведению вероятностей безотказной работы Ь элементов, оказывающих влияние на Е-й параметр контроля:Р, ,) = П Р;(с,)где Р (1) - вероятность безотказной 15работы по К-му параметру контроля;Р (т,) - вероятность безотказнойработы -го элемента.Каждый 1 с-й параметр контроля так же характеризуется энтропией Н(1).В математическом плане задача определения энтропии 1 с-го параметра конконтроля сводится к вычислению формулы 55 нм = -Р,оя,г, -1( -91где Н,(1)энтропия 1 с-го параметраконтроля;Р (т;) - вероятность безотказнойП)(работы по 1-му параметру контроля;- 1, и.Чтобы определить энтропию 1 с-го параметра контроля с заданной доверительной вероятностью, необходимо провести 1(1 выборок (численное значение Б выбирается, исходя из заданной доверительной вероятности) и найти ее среднее значение:,Е Н ,)Н=где Н (с,) - энтропия с-го параметраконтроля, определеннаяс заданной доверительной вероятностью;Н (1) - энтропия Х-го параметраконтроля, определеннаяпри 1-й выборке;Б - количество выборок,удовлетворяющее заданной доверительной вероятности,Энтропия 1 с-го параметра контроляН), (т,) определяется для момента времени)где 1, - начало эксплуатации технической системы (1 = 0);Тз - время ее эксплуатации.Для опрецеления энтропии параметров контроля моделируется случайный процесс изменения вероятности безотказной работы элементов системы.Моделируется ее структура, определяется вероятность безотказной работы по каждому 1 с-му параметру контроля, определяется энтропия каждого Х-го параметра, суммируются вычисленные значения энтропий в момент времени по каждому Е-му параметру контроля и по каждой выборке, определяется среднее значение энтропии каждого Е-го параметра технической системы и отображаются численные значения энтропии каждого 1 с-го параметра в момент времени Тз.Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 задания постоянного напряжения, первый ключ 3, первыйБлок 2 через открытый ключ 3 и 40 диоды 36 заряжает емкости 37 до ве.личины Е,т, пропорциональной Р;е= 1. Когда все емкости 37заряжены до величины Е на выходахвсех элементов 6,-6 я появляется на пряжение логической единицы. Онопоступает на соответствующие входыэлемента 4 и далее на второй входблока 1,. т.е. на первый вход элемента 23, на второй вход которого 50 поступает логическая единица с нулевого выхода триггера 29. Счетчик 22и триггер 25 устанавливаются в нулевое состояние, Сигнал логической единицы с нулевого выхода триггера 25 55 поступает на втсрой управляющий выход блока 1 и управляющий вход ключа 21, разрешая прохождение импульсов с генератора 20 на счетный вход з 12592элемент И 4, узлы 5, -5 вычисленияэнтропии, элементы 61 -6 сравнения,первые блоки 7, -7 умножения, генераторы 8-8 случайного напряжения,вторые ключи 9 -911, наборное поле10, вторые блоки 11, -11 умножения,блоки 12, - 12 задания вероятностибезотказной работы, третьи ключи13,-13 накапливающие сумматоры14,-14 четвертые ключи 15, -15 1 Облоки 16, -16 деления, первые аналого-циФровые преобразователи 1, -17 щ, дешифраторы 18,-18 и блок 19индикации,Блок 1 управления содержит генератор 20 тактовых импульсов, первыйключ 21, первый счетчик 22, элементИ 23, элементов ИЛИ 24, первый триггер 25, второй счетчик 26, второйключ 27, аналого-цифровой преобразователь 28 и второй триггер 29. Узел 5 вычисления энтропии содержит первый блок 30 логарифмирования,первый блок 31 умножения, блок 32вычитания, второй блок 33 логарифми 25рования, второй блок 34 умножения иблок 35 суммирования. Блок 12 задания вероятности безотказной работывключает диод 36, переменную емкость37, ключ 38 и резистор 39.Устройство работает следующим образом.В момент времени 1 величины переменных емкостей 37 устанавливаютсяобратно пропорциональными интенсивностями отказов ; элементов исследуемой системы. На наборном поле 10осуществляются коммутации в соответствии со структурой исследуемой системы. Коэффициент деления счетчика22 устанавливается пропорциональнымвремени эксплуатации Тэ. Коэффициентделения счетчика 26 устанавливаетсяпропорциональным числу повторениймоделирования процесса Б, необходимому для достижения заданной доверительной вероятности,В момент времени 1, на первыйвход блока 1 подается импульс началаработы устройства, который поступаетна нулевой вход триггера 29, устанавливая его в нулевое состояние. Сигналлогической единицы с его нулевоговыхода поступает на второй вход элемента 23, тем самым разрешая прохождение импульсов с элемента 4, поступающих на второй вход блока 1. Логический нуль с единичного выхода . 91 4триггера 29 поступает на третий управляющий выход блока 1 и далее науправляющие входы ключей 15, - 15запрещая тем самым прохождение через них информации с сумматоров 14, -14 щ на первый вход соответствующихблоков 16,-16,Импульс начала работы поступаеттакже на второй вход счетчика 26,устанавливая его в нулевое состояние,и через элемент 24 - на единичныйвход триггера 25, устанавливая еготем самым в единичное состояние. Логическая единица с единичного выхода триггера 25 поступает на первыйуправляющий выход блока 1 и далеена управляю:ций вход ключа 3, тем самым разрешая прохождение постоянногонапряжения на первые входы блоков12,-12, а также на вторые входыключей 13-13 , тем самым разрешаяпрохождение информации с выходовблоков 5,-5 на входы соответствующихсумматоров 14, - 14 щ,Логический нуль с нулевого выходатриггера 25 поступает на управляющийвход ключа 21, запрещая прохождениена вход счетчика 22 импульсов с генератора 20, а также на второй управляющий выход блока 1 и далее -на вторые входы блоков 12, -12, соединенные с управляющими входами ключей 38, запрещая разряд переменныхемкостей 37, а также на управляющиевходы ключей 9, -9, запрещая прохождение информации с выходов блоков71-7 на соответствующие входы наборного поля 1 О.125929 7выход блока 1 управления,Логический нуль с нулевого выходатриггера 25 поступает на второй управляющий выход блока 1 и на управляющий вход ключа 21, запрещая прохождение импульсов с генератора 20 навход счетчика 22.Сигнал с первого управляющего выхода блока 1 открывает. ключ 3, поступая на его управляющий вход, и от- Окрывая ключи 13-13 , разрешая темсамым поступление с выхода узлов 51 -5 щ напряжения, пропорционального энтропии параметров контроля во время,равное заданному времени эксплуатации Тэ, на вход соответствующих сум- .маторов 14-14 . Следовательно в сумматорах 14,-14 напряжение пропорционально энтропии соответствующегопараметра контроля при заданном времени эксплуатации Тэ,Сигнал с второго управляющеговыхода блока 1 поступает на вторыевходы блоков 12,-12 и запрещает разряд конденсаторов 37, а также - на 25управляющие входы ключей 9, -9, закрывая их.Через открытый ключ 3 начинаетсязаряд конденсаторов 37. Когда всеконденсаторы будут заряжены до величины напряжения блока 2 - на всехвыходах элементов 6-6 появляютсясигналы логической единицы, которыепсступят на соответствующие входыэлемента 4. С его выхода сигнал логической единицы поступает на второйвход блока 1 и далее - на первыйвход элемента 23, на втором входекоторого присутствует сигнал логической единицы с второго триггера 29.На40выходе элемента 23 появляется сигналлогической единицы. Поступая на входсброса счетчика 22,данный сигнал устанавливает его в нулевое состояние, апоступая на нулевой вход триггера 25,изменяет. его состояние на противоположное, На нулевом выходе триггера25 появляется сигнал логической единицы, который открывает ключ 21,разрешая прохождение импульсов с генератора 20 на первый вход счетчика22. Далее этот сигнал поступает навторой управляющий выход блока 1,открывая тем самым ключи 9-9 ц иразрешая разряд емкостей 37. Логический нуль с единичного выхода тригге 55ра 25 поступает на первый управляющий выход блока 1, закрывая ключи 13- 13,и 3. Начинается разряд конденсаторов 37, Реализуется повторное вычисление энтропии параметров контроля по описанному алгоритму работы устройства. В зависимости от заданной достоверности результатов реализуется И циклов вычисления. По их окончании сигнал переполнения счетчика 22 запишется в счетчик 26, предварительно установив такое состояние триггера 25, при котором на единичном выходе будет сигнал логической единицы, а на нулевом - сигнал логического нуля. Открыты ключи 13,-13, и 3, закрыты ключи 9,-9 и 38, начинается заряд емкостей 37.Счетчик 26, число переполнения которого равно Н, полностью заполнен, и логическая единица с его старшего разряда поступает на единичный вход триггера 29, изменяя его состояние на противоположное. Логический нуль с его нулевого выхода поступает на второй вход элемента 23, запрещая прохождение на его выход сигнала логической единицы с выхода элемента 4. Логическая единица с единичного выхода триггера 29 поступает на управляющий вход ключа 27, открывая его. Содержимое счетчика 26 поступает на информационный вход ключа 27 и далее на его выход и вход аналого-цифрового преобразователя 28, на выходе которого появляется напряжение, пропорциональное содержимому счетчика 26. Этот сигнал поступает на информационный выход блока 1. Логическая единица с единичного выхода триггера 29 поступает также на третий управляющий выход блока 1 и далее на управляющие входы ключей 15-15 щ, открывая их и разрешая прохождение напряжения с выхода сумматоров 14, -14, пропорциоЧнального Н , =. на первый вход соответствующих блоков 16-16, на вторые входы которых поступает напряжение, пропорциональное Б, с информационного выхода блока .На выходе блоков 16, -16 присутствует сигнал 06, = 014 /08, пропорциональный математическому ожиданиюэнтропии параметров контроля 11;,й1; /М Напряжение с выходов бло,кЬв 16,-16 деления поступает навходы соответствующих аналого-цифровых преобразователей 17, -17 на вы291 9 1259 ходе которых цифровой код пропорционален входным напряжениям, Ч ерез соответствующие дешифраторы 18,-18 он отображается на блоке 19.Так как на втором входе элемента 23 сигнал логического нуля, то по окончании заряда всех емкостей 3 сигнал логической единицы с выхода элемента 4 не пройдет на выход элемента 23.10 Формула из обретения 1, Устройство для определения параметров контроля, содержащее и генераторов случайного напряжения по числу элементов контролируемой системы, выходами соединенные с входами соответствующих первых блоков ум 20 ножения, блок задания постоянного напряжения, элемент И, ш накапливающих сумматоров по числу контролируемых параметров и блок индикации, отличающееся тем, что, с целью обеспечения возможности определения энтропии параметров контроля, устройство содержит по и блоков задания вероятности и элементов сравнения, наборное поле, первый ключ и и вторых ключей, т каналов вычисления, каждый из которых содержит центорой блок умножения, узел вычисления энтропии, третий и четвертый ключи, блок деления, аналогоцифровой преобразователь и дешифра 35 тор, а также блок управления, первый управляющий выход которого соединен с управляющими входами первого и третьего ключей, второй управляющий выход блока управления связан с управляющими входами вторых ключей и с вторыми входами блоков задания вероятности безотказной работы, третий управляющий и информационный вы 45 ходы и информационный вход блока управления подключены соответственно к управляющим входам четвертых ключей, к вторым входам блоков,целения и к выходу элемента И, входами соединенного с выходами элементов сравнения, первые входы которых подключены к вторым выходам блоков задания вероятности безотказной работы связанных первыми выходами и входами соответственно через первые блоки умножения и вторые ключи с соответствующими входами наборного поля и с выходом первого ключа, соединенным с вторыми входами элементов сравнения, выход блока задания постоянного напряжения связан с входом первого ключа и с вторыми входами узлов вычисления энтропии, первый вход и выход каждого из которых подсоединен соответственно к выходу второго блока умножения данного канала и через последовательно соединенные в канале третий ключ, накапливающий сумматор, четвертый ключ, блок деления, аналого-цифровой преобразователь и дешифратор - к соответствующему входу блока индикации, при этом входы каждого блока умножения соединены с группой соответствующих данному каналу выходов наборного поля.2, Устройство по и. 1, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генератор тактовых импульсов, два ключа, два счетчика, два триггера, элемент И, элемент ИЛИ и аналого-циФровой преобразователь, выход и вход которого соединены соответственно с информационным выходом блока и через второй ключ блока - с выходом второго счетчика, связанного счетным входом и выходом соответственно с выходом первого счетчика и с единичным входом второго триггера, нулевой и единичный выходы и нулевой вход которого подключены соответственно к второму входу элемента И блока, к третьему управляющему выходу блока и к входу запуска блока, связанному с первым входом элемента ИЛИ, второй вход и выход которого соединены соответственно с выхоцом первого счетчика и с единичным входом первого триггера, связаН- ного нулевым входом и единичным и нулевым выходами соответственно с выходом элемента И блока, с первым управляющим выходом блока и с вторым управляющим выходом блока, соединенным также с управляющим входом первого ключа блока, счетный вход и вход сброса первого счетчика соединены соответственно через первый ключ блока с выходом генератора тактовых импульсов и через элемент И. блока с . его информационным входом, единичный выход второго триггера подсоединен к управляющему входу второго ключа, а вход сброса второго счетчи-. ка - к входу запуска блока. 3, Устройство по п, 1, о т л и -ч а ю щ е е с я тем, что узел вы числения энтропии содержит блок вычитанияблок суммирования, два бло ка логарифмирования и два блока умножения, первый вход узла связан с его выходом через первый блок логарифмирования, первый блок умножения и блок суммирования, а также через блок вычитания, второй блок логариф 259291 12мирования, второй блок умножения иблок суммирования, второй вход первого блока умножения, второй входблока вычитания и второй вход второго блока умножения подключены соответственно к первому входу узла, квторому входу узла и к выходу блокавычитания.125929Составитель В.Смирнов Редактор Н.Яцола Техред М,Ходанич Корректор А. Зимокосов Заказ 5124/48 Тираж 671 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССРпо делам изобретений и открытий113035, Москва, Н, Раушская наб., д.4/5щ е м поизводственно-полиграфическое предприятие, г.ужгород, ул. Проектная, 4