Многоканальный автоматический оптимизатор

(9)504 С 05 В 13 АНИЕ ИЗОБРЕТЕНИ К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ В 41рдена Трудовотитут водного х тельство СССР 13/02, 1973. льство СССР 13/02, 1982. ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ СССРПО ДЕЛАМ ИЗОБРЕТЕНИЙ И ОТКРЫТИИ(71) ЛенинградскийКрасного Знамени интранспорта(57) Изобретение относится к областиавтоматики и вычислительной техникии может быть использовано для выбораоптимальных значений параметров комплектующих элементов объекта, обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимальную серийнопригодность. Целью изобретения является расширение функциональных воэможностей. В оптимизатор дополнитель-но введены многомерный блок варьирования и блок контроля формы областиработоспособности. 2 э.п, ф-лы, 10 ил.1 табл.мин ф (1 мок.(3. = 1 ш) - соответственно минимальное и максимальное допус тимые значения 3-й функции качества;ш - число функций качества; Я; - текущее значение 3-й функции качества;С - область работоспособности в пространстве оптимизируемых параметров 1 О Х, под которой понимается множествозначений оптимизируемых параметровХ (Х, еХ : Х кс 1 = 1 и) , при которых удовлетворяются условияЧ миккой(Х) - Я 1 мокс(1) 15Р - область допустимых значенийоптимизируемых параметров, определяемая неравенствамиХ;и,х,х, мок(1=1,п),(2)Х,мии Х; ц, - соответственро минимальное и максимальное допустимыезначения 1 -го оптимизируемого паров (г)метраХ - координаты граничной т очйки области Я=1,2,2 - номер луча).Принцип работы устройства состоитв реализации засисимости всех оптимизируемых параметров, определяющихработоспособность многомерного объекта оптимизации от одного дополнитель ного параметра й в соответствии суравнениями; =Х;(1-е)+Х, , (3) Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выбора оптимальных значений параметров комплектующих элементов различных объектов обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимаЛьную серийнопригодность.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения оптимальных значений параметров при различной форме области работоспособности.На фиг.1 представлена блок-схема предлагаемого оптимизатора; на фиг.2 - логический блок; на фиг:3 - многомерный блок варьирования; на фиг,4 - схема блока установки допусков многомерного блока варьирования; на фиг.5 - блок контроля формы области работоспособности; на фиг.6 - блок вычислений; на фиг.7 - схема формирования импульса логического блока; на фиг.8 - схема блока памяти блока вычислений; на фиг. 9 и 10 - иллюстрации процесса поиска граничных точек области работоспособности.Многоканальный автоматический оптимизатор содержит многомерный блок 1 варьирования, многомерный объект 2 оптимизации, многомерный блок 3 измерения функций качества, логический ,блок 4, блок 5 вычислений, блок 6 контроля формы области работоспособности, логический элемент 7, 2 ш-входовой элемент И 8, формирователь 9 импульсов, сумматоры 10 и 11, уставки 12 и 13, диоды 14 и 15, кольцевой двоичный и-разрядный счетчик 16, блоки 17 установки допусков, сумматор 18, потенциометр 19, генератор 20 линейно-возрастающего напряжения, генератор 21 линейно-падаюшего напряжения, программируемый генератор 22 импульсов, потенциометр 23 с двумя подвижными контактами 24 и 25, ключевой элемент 26, счетчик 27, дешифратор 28 и индикатор 29, элемент ИЛИ 30, шину 31 установки в "Оц, элемент И 32,блок 33 памяти, индикатор 34, шину 35, установки "0", шину 35 считывания, дифференцирующую цепь 36 циод37, элемент НЕ 38, дифференцирующую цепь 39, диод 40, элемент ИЛИ 41,элемент 42.памяти и элемент 43,целения.Кроме того, приняты следующие обо-.значения: Х - текущее значение -го;-Х;(1-Е)+Х; е, (4)где Х; - некоторое заданное (расчетное или номинальное) значе ние оптимизируемого параметра (Х; Е С, ь.=1,1);- безразмерный параметр, из меняющийся от 0 до 1.Совокупность уравнений (3) и (4)представляет собой параметрическоезадание прямой (луча), соединяющихточку Х(ХХ) с какой-либовершиной области Р, Количество такихлучей равно 2 . Координаты вершин обиласти Р определяются по таблице.Координаты граничных точек областиС определяются по выражениям(мокс =(Ямакс Чй максЯ макс( ма кс)1 =(К Ку, );Я (00 О0О)Координаты точкиф ГТГХо (Хо коХ 1 о опри которой обеспечивается максимальный запас работоспособности или максимальная серийнопригодность определяются по формуле1 О 50Если коэффициент зс для всех нитей одинаков, то точка Х, занимает положение, равноудаленное от граничныхГЛточек Х . В равновесном состоянии равнодействующая всех сил Р, равна 55 нулю. При этом координаты точки Х определяют координаты оптимальной точки Хо . Пусть И - общее количестпри условии, что область С - выпуклая.Область С является выпуклой, если 15число граничных точек области 6 находится на отрезке луча между точкойХ ЕС и какой-либо вершиной области Р.и равно единице.Для доказательства правильности 20формулы (7) вводят и-мерную системукоординат и направляют по ее осямединичные вектора.,Тогда вектор ХравенХ=ЕХ , (8)где Х; - проекция вектора Х на-юось координат;Ю, - единичный вектор -й осикоординат,Предположим, что совокупность точек Хлежащих на границе областиС, а также некоторая точка Х,(Х,ХХ ) расположенная Внутри области С, являются единичнымиматериальными точками. Предположимтакже, что между каждой точкой изсовокупностиХ и точкой Хсимеется упругая связь в виде однороднойрастяжимой нити.Сила натяжения нити между точками 40Хси Х 6 Хопределяется по известг ной формулеРя 1 ф(/3(9)где 1, - абсолютная деформация нити,равная расстоянию между 45точками Х и Хр,Эс - коэффициент, характеризующий материал, из которогоизготовлена нить. 095во граничных точек области С. Тогда можно записатьо о оаРо 1 з+онКаждый вектор Р относительно начала координат может быть представлен как разность, двух векторов- о 0=1;где РР - вектора сил напряжения между материальной точкой, закрепленной в начале координат, и точками Хо и Хз соответственно,Таким образомЕо ( оо со ) (соо Ы+(соо-Г,д)(Гоо -Г,)=О. ОткудааМ1оо Д Рор1Используя формулу (8), получимнРоцили в соответствии с формулой (9)нОткуда координаты искомой точки Ходля .-й оси равны Оптимизатор работает следующим образом.Пусть многомерный объект 2 оптимизации характеризуется ш функциями ка. чества ц(3=1,в) которые измеряются многомерным блоком 3 измерения функций качества.В логическом блоке 4 (фиг.2) в установку 13 логического элемента 7 записывают значение Яа в установку 12 логического элемента 7 записывают максимальное значение Ц ма 3-й функции качества,В многомерном блоке 1 варьирования (фиг. 3 и 4) в -м блоке 17 установки допусков при помощи подвижного контакта 24 устанавливается нормированное значение .-го оптимизируемого параметра, равное Х; , а при помощи подвижного контакта 25 - нормированное значение оптимизируемого параметра, равное ХмаксНа каждом потенциометре 19; (фиг.3):устанавливают нормированное значениеоптимизируемого параметра Х, Е С.В исходном состоянии в счетчике 16 по шине установки нуля записывают,число, равное нулю. Так как сигнал на выходах соответствующих разрядов счетчика 16 равны нулю, поэтому клю чевые элементы 26 закрыты в блоках 17 установки допусков, Таким образом, в исходном состоянии на потенциометрах 23 устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров 1 О .(таблица). Ху., (Х, мокс,Х макс кьХ 1 мокс фХимакс )В блоке 6 контроля формы области15работоспособности (фиг.5) содержимоесчетчика 27 сигналом по шине 31 устанавливается на нуль.В блоке 5 вычислений (фиг. 6 и 8)сигналом по шине 35 устанавливают20содержимое элементов 42 памяти, рав"ным нулю,Вследствие того, что по предлагаемому алгоритму оптимизации заранееизвестно число определяемых граничныхточек области (число Я=2 ), то элеимент 43 деления (фиг.8) настраиваюттак, чтобы его выходной сигнал быпбы в 1/И раз меньше, чем входной, Вкачестве элемента 43 деления может30использоваться, например, операционный усилитель, работающий в режимемасштабирования.Затем в момент времени =0 в многомерном блоке 1 варьирования (фиг.3) 35по шине Пуск сигналом запускают вработу программируемый генератор 22импульсов. Число тактируемых импульсов генератора 22 и их период выбирают исходя из конкретных особенностей 46многомерного объекта 2 оптимизации.Первый тактовый импульс в кольцевом к-разрядном двоичном счетчике 16возбуждает первую ячейку, поцаетсяна вход блока 6 контроля формы облас ти работоспособности и на входы генераторов, линейно-возрастающего 20 илинейно-падающего 21 напряжений.В счетчике 16 возбужцается егопервая ячейка, выходной сигнал кото Орой не равный нулю, подается на входключевого элемента 26 блока 17, установки допусков, открывая его, На выход первого блока 17, установки,цопусков подается сигнал с контакта 24(фиг.4). Таким образом, на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комби-,нация в оптимизируемых параметрах (таблица)1 1 микс смокеф мбкс ффХи мокс)Выходной сигнал генератора 22 в блоке 6 контроля формы области работоспособности (фиг,5) через элемент ИЛИ 30 подается на вход установки счетчика 27 в нулевое состояние.Затем генераторы 20 и 21 (фиг,3) .вырабатывают сигналы, пропорциональйые е и (1-е). Выходной сигнал генератора 20 линейно-возрастающего напряжения подается также на третьи входы элементов И 31 блока 5 вычисления (фиг.б).На выходе сумматора 18, получаем сигнал видаП, =Хе+Х,(1-),а на выходах сумматоров 18" (Й 2,п) ) сигналы видаДля синхронизации работы генератора 22 импульсов, счетчика 16 и ге- нераторов 20 и 21 перед входами последних можно установливать элемент задержки.Выходные сигналы Б,( " Гп) с выходов .сумматоров 18 подаются на соответствующие входы многомерного объекта 2 оптимизации и блока 5 вычислений.Сигналами с выхода многомерного блока 1 варьирования, подаваемыми на соответствующие входы многомерного объекта 2 оптимизации, изменяют его оптимизируемые параметры Х и, соответственно, его функции качества Я(=1,ш)Геометрическая интерпретация изменения оптимизируемых параметров Х приведена нафиг,9 (в случае, когда область Ц - выпуклая).При изменении оптимизируемых параметров Х многомерного объекта 2 оптимизации в блоке 3 измерения функций качества производится измерение и сравнение текущего значения функций качества Я(Х) с заданными Я мин ис макеВ блоке 3 измерения функций качества (фиг.2) значение каждой функции качества Я подается на вход соответ 3ствующего логического элемента. В логическом элементе 7 значение Я. подается на суммирующий вход сумматора 11, на вычитающий вход которого подается сигнал Я 1 ми с выхода уставки 13. Выходной сигнал сумматора 11навливает счетчик 27 на нуль и подается на входы генераторов 20 и 21.Выходной сигнал возбужденной второй ячейки счетчика 16 подается на вход ключевого элемента 26 блока 17 к установки, открывая его. На выход второго блока 17 установки допусков подается сигнал с контакта 24 (фиг 4). Таким образом, на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров (таблица)1 макс ЭХ 2 мни к 1 макс к" к У 1Х 1 макс эк Х и макс )Затем генераторы 20 и 21 (фиг.3) вновь вырабатывают сигналы, пропорциональные Т и (1-й), и цикл работымногоканального автоматического оптиьмизатора повторяется 2 раэ. В данномослучае 2 - число тактовых импульсовпрограммируемого генератора 22 тактовых импульсов. В последнем циклеопосле подачи 2 -го импульса счетчик 16 устанавливается на нуль (так так счетчик 16 - кольцевой счетчик). Поэтому на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров ХХ 2 л - (Х 1 макс кХ 2 макс к кмакск Хпмакс)После 2 циклов определения (поиска) граничных точек области б в 1 -м блоке 32; памяти (фиг.6) (в элементе 42, памяти, фиг.8) запоминается сумма 1 -х координат 2 граничных точек, т,е. число4=И=2 .; - х,",Если в процессе оптимизации в каждом цикле определения граничных точек определено, что область С выпуклая (по несрабатыванию индикатора 29, фиг.5), то затем сигналом по шине 35 (фиг.б) считывается заполненное число в элементе 42; памяти (фиг,8), котои рое затем делится на И=2 элементом 43 деления и высвечивается (индицируется) на индикаторе 34;. Таким образом,на -м индикаторе 34 отображено 1-е значение оптимизируемого параметра согласно формуле (7).Таким образом, в результате введения многомерного блока 1 варьирования и блока 6 контроля формы области работоспособности, а также связей между новыми и старыми блоками расширяются функциональные возможности опти мизатора за счет определения оптимальных значений параметров при различной форме области работоспособности,5 Формула изобретения содержит последовательно соединенныеэлемент ИЛИ, счетчик, дешифратор ииндикатор, счетный вход счетчика соединен с первым входом блока контроля формы области работоспособности,второй вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй входкоторого соединен с шиной установкинуля,40 3, Оптимизатор по п,1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что блок вычислений содержит по числу оптимизируемых параметров последовательно соединенные элемент И, блок памяти и45 индикатор, второй вход каждого блокапамяти соединен с шиной установки нуля,а третий вход - с шиной считывания,первый и третий входы блока вычислений соединены соответственно с первым и вторым входами каждого элемента И, а каждый из вторых входов - стретьим входом элемента И. Оптимизируемый параметр х, х,х х 1 О ОО2 1 ОО О О 1. Многоканальный автоматическийоптимизатор, содержащий блок вычислений и последовательно соединенные 1 О многомерный объект оптимизации, многомерный блок измерения функций качества и логический блок, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что, с цельюрасширения функциональных возможнос тей, в него введены многомерный блокварьирования и блок контроля формыобласти работоспособности, первыйвход которого соединен с первым входом блока вычислений и выходом логи ческого блока, а второй вход - спервым выходом многомерного блокаварьирования, вторые выходы которогосоединены с входами многомерногообъекта оптимизации и вторыми входами блока вычислений, а третий выход - с третьим входом блока вычислений.2. Оптимизатор по и. 1, о т л и -ч а ю щ и й с я тем, что блок конт роля формы области работоспособноСти121269095Продолжение таблицыПродолжение таблицыОптимизируемый параметрОптимизируемый параметрх,х,х3 О 1О02 1 1114 1 1О0П р и м е ч а н и е. Символом Ообозначено максимальное, а символом 1 - минимальное значения оптимизируемого параметра Х,жиду фи С йаю Глохла Ф 4 дыкаУ Г Юиюй сюЖл 7 яви Фее даефа 9 а-,рауяЬмг гюлжипг саатйтаМУ ш У у еетдгтстуующеиу днусствптпуУЮШЕюлемента ИО йуна С Фммжюрадюр мчиюмам03 5 Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ухгород, ул. Проектна Тирах, 836 Государственного делам изобретений осква, Ж, Рауш Под омитета С открытий ая наб., д