Устройство для определения параметров контроля

) С 05 В 23(02 00 ОСУДАРСТЕЕННЫЙ КОМИТЕТ110 изОБРетениям и ОтнятиямпРи Гннт сссР 1(56) Авторское свидетельство СССР У 1287119, кл, С 05 В 23/02, 1983.Авторское свидетельство СССР Р 1259291, кл, С, 06 Р 15/46, 1982.(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПАРАМЕТРОВ КОНТРОЛЯ(57) Изобретение относитсяк вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов фукнционирования сложных технических систем. Целью изобретения явется расширение Функциональных возможностей.устройства. Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 заданияпостоянного напряжения, блок 5 задания вероятности безотказной работыэлементов, блок 6 сравнения с нулем,блоки 7, 11 умножения, блок 12 вычисления энтропии, блок задания постоянных коэФАициентов, блок выделения максимума, блок деления, блок индикации,элементы И 3, элементы 4 одностороннейпроводимости, элемент 15 задержки,генератор 8 случайного напряжения,ключи, наборное поле 10, накапливаю"щие сумматоры, дешифратор, накопители, компараторы, генератор линейно из"меняющегося напряжения, аналого-циФровые преобразователи. Изобретение обеспечивает определение периода проведения полного контроля объекта. 1 з.п,ф-лы, 6 ил.Изобретение относится к вычислительной технике и может быть использовано при исследовании случайных процессов, в том числе для определенияс заданной доверительной вероятностью периода полного контроля сложных технических систем.Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет возможности определения оптимального периода полного контроля.В процессе использования сложных технических систем возникает необходимость определения их состояния (ра ботоспособное - неработоспособное) по полной группе параметров контроля. Полный контроль целесообразно проводить в момент времени,когда суммарная энтропия по полной группе пара" метров контроля достигает своего максимального значения, т.е. неопреде-ленность в знаниях о состоянии технической системы наибольшая.Структура технической системы сос тавляет и элементов с произвольной топологией, причем состояние кажпого 1-го элемента характеризуется вероятностью безотказной работы Р;(С). Контролю подлежат ш параметров, причем 30 и ш. В зависимости от структуры технической системы состояние каждого 1-гопараметра контроля зависит от состояния группы элементов, оказывающих на него влияние. Каждый 1-й пара" метр контроля характеризуется энтропией Н;(С), которая в общем случае достигает своего максимального значе.ния в различные моменты времени.1Для опредаления оптимального пе риода полного контроля (Т о 1) через интервал времени Л вычисляют значения Н,(с) и , , Ч (1). Запоминается31:1 Ч юмаксимальное значение ,т Н,.(й) и и 4531 значений ВГ, при котором оно достигуто. Это время является оптимальным периодом контроля в -й реализации случайного процесса. Лля выполнения требований по достоверности моделирования процесс повторяется М раз, а затем полученные значения усредняются,оР .55В математическом плане задача определения периода полного контроля сводится к вычислению с заданной доверительной вероятностью максимального значения энтропии по полной группепараметров контроляП м2.Н;(е) =;-Р;.(с)1 оН,Р(е)- 11п 1"го элемента,влияющего на значение 1-го параметра;1, - число элементов,вЛияющих на -йпараметр;ш - число параметров,составляющих полную группу,и для этойточки определяется оптимальный период,На фиг. 1, 2 изображена структурная схема устройства; на фиг. 3 -временные диаграммы зависимости энтропии от времени эксплуатации; нафиг, 4 - структурная схема блока управления; на фиг. 5 - схема блокавычисления энтропии; на фиг, 6 -структурная схема блока задания вероятности безотказной работы.Устройство содержит блок 1 управления, блок 2 задания постоянного напряжения, элемент И 3, первый 4 и1второй 4 элементы односторонней проводимости, группы блоков 5 - 5задания вероятности безотказной работыэлементов, блоков 6-6 сравнения снулем, первых блоков 7, - 7умножения,генераторов 8-8случайного напряжения, первую группу ключей 9, - 9, наборное поле 10, группы вторых блоков11 - 11 умножения, блоков 12, - 12вычисления энтропии, первый ключ 13,первый накапливающий сумматор 14, элемент задержки 15, дешифратор 16, вторую группу ключей 17,-17 группу,накопителей 18-18, группу третьихключей 19 -19, группу блоков 20 -20задания постоянных коэффициентовчетвертую группу ключей 21-211блок 22 выделения максимума, группукомпараторов 23,-23, генератор 24линейно изменяющегося напряжения,5783 6ления энтропии по 1 с-му параметру контроля. Напряжение на его ныходе равно разом. 25 30 35 40 45 50 55 5 58 элемент ИЛИ 25, второй накапливающий сумматор 26, второй ключ 27, блок 28 деления, первый аналого-цифровой преобразователь 29, блок 30 индикации, третий накапливающий сумматор 31, второй аналого-цифровой преобразователь 32.Блок 1 управления содержит генератор 33 тактовых импульсов, первый счетчик 34, ключ 35, узел 36 умножения, узел 37 деления, узел 38,выделения целой части, второй счетчик 39, второй 40 и первый 41 узлы задания постоянного коэффициента.Блок 12 вычисления энтропии содержит первый узел 42 умножения, узел 43 вычитания, второй узел 44 логарифмирования, второй узел 45 умножения и сумматор 46, первый узел 47 логарифмирования.Блок 5 задания вероятности безотказной работы элементов включает переменную емкость (конденсатор) 48, ключи 49, 50, резистор 51, диод 52.Блок 1 управления вырабатывает управляющие сигналы: для вычисления энтропии по параметрам контроля через время д 1,(задается частотой следования импульсов генератора 30); на окончание процесса моделирования после выполнения требований по достоверности (число реализациИ случайного процесса М, при котором выполняютсязаданные требования по достоверности, определяются коэффициенток пересчета счетчика 39); на вычисление Т д,и шахН.(с).Блок 2 задает единичное напряжение, на выходе напряжение пропорционально "1".Блоки 5 - 5 задания вероятностиьбезотказнои работы элементов реализуют экспоненциальный закон вероятности(Р;(С)=е " ) путем разряда конденсатора. 48 через ключ 50 и резистор 51. Номиналы КС 51 и 48 пропорциональны Т; =1/;. Приведение блоков 5,-5н исходное состояние осуществляется за счет разряда емкости 48 через ключ 49на нземлюБлоки 6,-6сравнения с нулем при подаче на вход потенциала "0" на выходе имеют потенциал "1". При наличии . потенциала на входе 00 ь 1 на выходе элемента потенциал "0".Блоки 12,-12 - арифметические устройства, реализуищие функцию вычис 1 -Л -1 ь)- 3 р 1Сумматор 46 имеет инверсные входы,10так как 1 о 8 в обоих случаяхменьшенуля. Количество элементон 17,-17,181-18 19,-19 120, -20 121,-2123 -23 1 определяется из выражения1 с=Т , /л 2, где Т- максимальное15 время, при котором энтропия по наибо.лее "надежному" щ-му параметру приближается к нулю (на Фиг.2 это диаграмма 2 г).Устройство работает следующим обВ момент времени , величины переменных емкостей 48 в блоках 5-5 устанавливаются обратно пропорциональ-. ными интенсивностям отказов А. блоков технической системы. На генераторе тактовых импульсов 33 периодичность следования импульсов дустанавлинается равной промежутку времени между вычислениями суммарной энтропии по полной группе параметров контроля.С входа "Сброс" на входы блоков 5 -5 подается импульс установки сиситемы в исходное (нулевое) состояние, который, поступая на упрвляющие входы ключей 49, - 49, разрешает разряд. всех емкостей 48. Импульс установки в исходное состояние поступает также на входы сброса сумматоров 14,26,31 и счетчиков 34, 39. На наборном поле 10 осуществляется коммутация в соответствии со структурой исследуемойсистемы (если 1-й и 1-й элементы влияют на 1 с-й параметр, то -й и 3-йвходы соединяются с 1 с-м выходами) .Емкость счетчика 39 устанавлинаетсяравной числу циклов М моделированияпроцесса, необходимому для достижения заданной доверительной вероятности. Число циклов моделирования процесса М устанавливаеТся в узле 40, В узле 41 устанавливается значение Лс,в блоках 20 -20 - 1, 1 с соответственно,В момент времени т по входу "Пуск" импульс начала работы устройства через элемент 4 поступает на управляющий вход ключа 13, тем самым разрешая прохождение единичного постоянногонапряжения на первые входы блоков 5 -5, а также на вход блока 1, тем самым запуская генератор 33.Блок 2 через открытый ключ 13 и диоды 52 заряжает емкости 48 до величины Ещ . На выходах всех блоков 6 -ист1 6 и появйтся напряжение "0", котЬрое с выходов блоков б-б поступает на входы элемента 3, с вйхода которого 10 "0" поступает на управляющий вход ключа 13, тем самым запрещая прохождение постоянного напряжения с блока 2.О с выходов блоков б,-б ь также поступает на инверсный вход ключа 50, 15 разрешая разряд емкостей 48 через резистор 51. Время разряда каждой из емкостей 48 разное (пропорциональное 1/1; =Т ; 1-го элемента технической системы), Ло мере разряда емкос тей с выхода каждого блока 6,-6на соответствующий вход элемента 3 поступает напряжение "1", В момент разряда всех емкостей .на,выходе элемента 3 появляется "1", которая поступает на вход блока 1, разрешая новый заряд всех емкостей.Напряжения с первых выходов блоков 5,-5, пропорциональные изменению вероятйостей безотказной работы во вре мени Р;(й)=е, поступают на входы соответствующих блоков 71-7 , на другие входы которых поступают напряжения с генераторов 8-8 . На выходах блоков 7, -7 моделируется случайный 35 характер изменения вероятности безотказной работы элементов исследуемой системы Ц=Ц :Ц ,. С выхода генератора 33 на управляющие входы ключей 9 -9 поступает импульс, подключая тем 40 самым выходы блоков 7-71 соответствующим входам наборного поля 10,Напряжение с выходов блоков 7,-7через открытые ключи 9-9 поступает на соответствующие входы наборного 45 поля 1 О, Входные напряжения, согласно структуре исследуемой системы, поступают на соответствующие выходы наборного поля 10, подключенные к соответствующим входам соответствующих блоков 11 -11,На выходах последнихмоделируется случайный характер изменения вероятности безотказной работы нараметров контроля.Напряжения с выходов блоков 11, - 11 поступают на первые входы соответствующих блоков 121-12 , т.е, на входы узлов 47, на выходах которых напряжения пропорциональны вычисленным значениям логарифма 1 о 8 П е 3 Цег 1 Напряжение с выхода узла 47 поступает на первый вход узла 42, на втором входе которого присутствует напряжение с первого входа блока 12. На выходе узла 42 напряжение пропорциональноЛ " -Л ВП еЦ 1 о 8 ПеЦ,. -7 ДНа первый вход узла 43 с входа блока 12 поступает напряжение, пропорциональное "1", а на его второй вход - напряжение Ц. с другого входа блока 12. С выхода узла 43 напряжение,(споступает на вход узла 44, на выходе которого напряжение пропорционально-Л+1 о 8 (1 - П е " Ц ,) . Это напряжение поступает на первый вход узла 45, на втором входе которого присутствует напряжение Ц с выхода узла 43. С выхода узла 45 напряжение ц,=ц цпоступает на второй вход сумматора 46, на первый вход которого поступает напряжение Ц , На его выходе напряжение пропорционально-Л. .Ц +(1+ П е 1 Ц )1 оя (1- Г е13кц )3т.е. пропорционально значению энтропии 1-го параметра контроля. Величина напряжения, меняется с изменением . Напряжение с выходов узлов 461-4 бш поступает на выходы блоков 12 -12 и .далее на соответствующие входы сумматора 14, В момент времени импульс поступает также на вход счетчика 34 . С выхода счетчика 34 на входы дешиАратора 16 подается соответствующий параллельный код. С первого выхода дешифратора 16 на управляющий вход ключа 17, поступает потенциал "1", тем самым разрешая прохождение с выхода сумматора 14 на вход накопителя 18 значения суммарной энтропии в момент времени. Ключ 19, закрыт,. т,к, на выходе элемента И,З потенциал "0" В момент времени с генератор 33 вырабатывает второй импульс, который поступает на вход счетчика 34. С его выхода на входы дешифратора 16 подает 1585783ся соответствующий параллельный код. С второго выхода дешифратора 16 на управляющий вход ключа 17 подается потенциал "1" тем самым разрешаяУ5 прохождение с выхода сумматора 14 на вход накопителя 18 значения суммарной энтропии в момент времени с Аналогичным образом устройство работает до 1 с-го импульса. В момент времени й на всех выходах блоков 6 -6 1, имеется потенциал "1", который поступает на входы Счетчиков 34,39, на ключи 191-191 через элемент 4 и элемент задержки 15 на управляющий вход ключа 13, а также на вход запуска генератора 24. Ключи 19 -19 открываются, и напряжения, пропорцйональные суммарной энтропии в моменты времени й С, поступают на входы бло О ка 22 выделения максимума. С его выхода напряжение, пропорциональное максимальному значению суммарной энтропии " Н,( )=шах, которая достига 1ется в момент времени й 1, поступает в накапливающий сумматор 26. Напряжения, пропорциональные 2 Н,(,) .,Н И 1), поступают также на первые 301входы соответствующих компараторов 23 -23 на вторые входы которых поУступает линейно убывающее напряжение с выхода генератора 24. В момент времени, когда напряжение на его выходеюдостигает значения шах Х Н,(.), сраФ батывает компаратор 23., потенциалом) Ус выхода которого откроется ключ 21 и напряжение с выхода блока 20;, про порциональное числу 1 (т.е, количеству импульсов генератора 33, при котором достигается шах Й Н .(С ), посту 1=1пает на вход накапливающего сумматора 31. С выхода компаратора 23 через элемент ИЛИ 25 подается сигнал на остановку генератора 24 и сброс его в исходное состояние. На этом заканчивается первый цикл моделирования (счетчик 34 переводится в нулевое состояние, в счетчик 39 записывается единица). Аналогичным образом (через элемент 15 с задержкой , необходимой для завершения переходных процессов в ранее описанных блоках, открывается ключ 13, заряжаются емкости 48 в блоках 5;Ь и т.д.) в зависимости от заданной достоверности результатов реализуется М циклов вычисления.По их окончании с выхода счетчика39 на вход остановки генератора 33,а также на управляющие входы ключей7 и 35 поступает "1", тем самым разрешая прохождение напряжения с выхода сумматора 26, пропорциональногою МН.,=пах , , Н ., на вход числителярблока 8, на вход знаменателя которо"го поступает напряжение, пропорциональное И, с выхода узла 40." 1" с выхода счетчика 39 также поступает на управляющий вход ключа 35,тем самым разрешая поступление суммарного числа, соответствующего максимальной энтропии за все циклы, напервый вход узла 36 умножения, навторой вход которого поступает выбранное значение длительности д с узла 41, С выхода узла 36 информацияо пхд 8 поступает на первый вход узла 37, на второй вход которого с выхода узла 40 подается число И. Полученнный на выходе сигнал, пропорциональный математическому ожиданию времени, соответствующего максимальнойэнтропии и ЛС1=Т ц,рс, подается навход узла 38, где выпеляется его целая часть, и с его выхода на входпреобразователя 32 и далее наблок 30, где осуществляется дешифрация и отображение в цифровой форме1Т,р,На выходе блока 8 присутствуетсигнал Ц =Н ,11, пропорциональныйматематическому ожиданию суммарнойэнтропии параметров контроля НХ=чпах,Напряжение с выхода блока 28 поступает на вход аналого-цифрового преобразователя 29, на выходе которогоцифровой код пропорционален входномунапряжению, и поступает на блок ЗП,где дешифруется и отображается значение энтропии по полной группе параметров контроля, при котором наиболеецелесообразно осуществлять полныйконтроль, т.к. степень неопределенности в этот момент времени в знаниях о техническом состоянии объектанаибольшая.Формула изобретения1, Устройство для определения параметров контроля, содержащее блок уп" равления, блок задания, постоянногонапряжения, элемент И, группы блоков задания вероятности безотказной рабо 1 ты элементов, блоков сравнения с нуЪлем, первую и вторую группы блоков умножения, группу генераторов случайных найряжений первый ключ, первую, вторую и третью группы ключей, набор" ное поле, группу блоков вычисления энтропии, группу накопителей, блок 10 деления, первый аналого-циФровой преобразователь и блок индикации, первый информационный вход которого, соединен с выходом первого аналого-цифрового. преобразователя, вход которого связан 15 с выходом блока деления, вход делителя которого подключен к выходу данных блока управления, вход запуска которого служит входом запуска устройства, а вход управления режимом соединен с выходом элемента И, входы которого ивходы запуска блоков задания вероятности безотказной работы группы связаны с выходами соответствующих блоков сравнения с нулем груп пы, входы которых подключены к первым выходам соответствующих блоков задания вероятности безотказной работы группы, .информационные входы которых соединены с выходом первого ключа, 30 информационный вход которого и входы задания постоянного напряжения блоков вычисления энтропии группы связаны с выходом блока задания постоянного напряжения, входы сомножителей блоков умножения первой группы под" ключены соответственно к вторым выходам соответствующих блоков задания вероятности безотказной работы элементов группы и к выходам соответст вующих генераторов случайных напряжений груцпы, а выходы - к информационным входам соответствующих ключей первой группы, выходы которых связа" ны свходами наборного поля, выходы которого подключены к входам соответ" ствующих сомножителей соответствующих блоков умножения второй группы, выходы которых соединены с информационными входами блоков вычисления энтропии 5 О группы, управляющие входы ключей первой группы связаны с управляющим выходом блока управления, выходы ключей второй группы подсоединены к информационным входам соответствующих накопителей группы, выходы которых связаны с информационными входами соответствующих ключей третьей группы, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства путем определенияоптимального периода полного контроля,в устройство введены два элементаодносторонней проводимости, первыйтретий накапливающие Сумматоры, элемент задержки, дешифратор, группаблоков задания постоянных коэффициентов, четвертая группа ключей, блоквыделения максимума, группа компараторов, генератор линейно изменяющегося напряжения, элемент ИЛИ, второйключ и второй аналого-циФровой преобразователь, выход которого соединенс вторым информационным входом блока индикации, а вход связан синформационным выходом блока управления, выход разрешения отображения информации. которого соединенс управляющим входом второго ключа,группа адресных выходов - с входамидешифратора, информационный вход -с выходом третьего накапливающегосумматора, вход сброса блока управления и.входы сброса всех накапливающих сумматоров и блоков задания вероятности безотказной работы группысвязаны с одноименным входом устройства, управляющие входы ключей третьей группы, вход запуска генераторалинейно изменяющегося напряжения ивход второго элемента одностороннейпроводимости подключены к выходу элемента И, выход второго элемента односторонней проводимости соединен свходом элемента задержки, выход которого связан с управляющим входом перваго ключа, выходы блоков вычисленияэнтропии группы подключены к информационным входам первого накапливающегосумматора, выход которого соединен синформационными входами ключей второйгруппы, управляющие входы которыхсвязаны с выходами дешифратора, информационные входы ключей четвертойгруппы соединены с выходами соответствующих блоков задания постоянныхкоэффициентов группы, управляющиевходы ключей четвертой группы и входы элемента ИЛИ связаны с выходамисоответствующих компараторов группы,первые входы которых и входы блокавыделения максимума подключены к выходам соответствующих ключей третьейгруппы, а вторые входы - к выходу генератора.линейно изменяющегося напряжения, вход, остановки которого соединен с выходом элемента ИЛИ, выходы1 Зключей четвертой группы соединены с информационными входами. третьего накапливающего сумматора; выход блока вселения максимума связан с информационным входом второго накапливающего сумматора, выход которого соединен с информационным входом второго ключа, выход которого подключен к входу делимого блока деления, вход первого элемента односторонней проводимости соединен с входом запуска устройства, а выход - с управляющим входом первого ключа.2. устройство по п. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок управления содержит генаратор тактовых импульсов, два счетчика, ключ, узлы умножения, деления и выделения целой части и два узла задания постоянных коэффициентов, вход запуска блока соединен с входом запуска генератора тактовых импульсов, выход которого связан со счетным входом первого счетчика и с управляющим выходом блока, а вход остановки, управляющий 14вход ключа и выход разрешения отобра"жения информации блока подключены квыходу переполнения второго счетчика, 5вход сброса которого и вход установки первого счетчика соединены с входом сброса блока, счетньп вход второго счетчика и вход обнуления первого счетчика связаны с входом управления режимом блока, группа информационных выходов первого счетчика образует адресные выходы блока, информационньй. вход ключа соединен с информа"ционным входом блока, а выход - с входом первого сомножителя узла умножения, вход второго сомножителя которого подключен к выходу первого узлазадания постоянного коэффициента, авыход - к входу делимого узла деления, вход делителя которого и выходданных блока соединены с выходомвторого узла задания постоянного коэффициента, выход узла деления связанс входом выделения целой части, выход 25 которого является информационным выхрдом блока.ктор О.Ципле Заказ 2326 Тирах 661 Подписное ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СС 113035, Москва, Ж, Раушская наб., д. 4/5 роизводственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул. Гагарина, 101 Составитель В.Воедактор И.Циткина Техред М.Ходаннч Оросгб