СПОСОБ ЦЕНТРАЛИЗОВАННОГО КОНТРОЛЯ N ОБЪЕКТОВ Российский патент 2003 года по МПК G05B23/02 

Изобретение относится к области автоматического контроля, в частности к технике централизованного автоматического контроля разрозненных или взаимосвязанных объектов, осуществляемого с помощью центральной станции контроля.

Предлагаемый способ может найти применение как в промышленности для автоматического контроля производственных и экологических процессов, в частности в металлургической промышленности, так и в системах сбора и переработки информации, представленной однородными значениями, например в автоматизированных системах сбора и обработки геофизической, телеметрической информации.

Известен способ централизованного контроля нескольких объектов (Грубов В. И., Кирдан B.C., Козубовский С.Ф. Справочник по ЭВМ. - Киев: Наук. думка, 1989. С. 305-307, 314-315, 355-360, 374-376), заключающийся в том, что центральная станция контроля подключается к объектам контроля с заданной последовательностью, например, согласно порядковым номерам объектов контроля. Достоинство последовательного во времени метода контроля состоит в том, что в течение цикла контролю подвергаются все объекты контроля.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является отсутствие функциональной зависимости между заданной программой обслуживания объектов контроля и их состояниями, что приводит к "старению" информации за цикл, к снижению достоверности контроля.

Общий признак с заявляемым способом состоит в том, что за цикл контролю подвергаются все объекты контроля.

Известно устройство для централизованного контроля параметров по а.с. 1603400 5 G 06 F 15/46, опубликованное в бюл. 40 30.10.90, которое реализует способ контроля, заключающийся в вычислении разности между поступающими значениями и номинальными значениями параметров с последующим сравнением се со значением допустимых отклонений и выборе канала для регулирования согласно заранее заданному приоритету. Анализ разностных сигналов проводится параллельно по всем каналам, и выбор наиболее приоритетного осуществляется среди каналов, разностные значения сигналов которых с номинальными превысили допусковые величины.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются жестко детерминированное задание приоритетов каналов, статически установленный приоритет не учитывает динамику поступающих сигналов, циклический поиск каналов с максимальной разностью между поступающим и номинальным значениями сигналов существенно снижает эффект по быстродействию, достигаемый параллельным анализом разностных сигналов.

Общими признаками с заявляемым способом являются параллельный поканальный анализ сигналов, наличие заранее заданного приоритета и функциональной зависимости между изменением состояния каналов и последовательностью контроля, то есть обслуживаются объекты, контролируемые параметры которых превысили допусковые значения.

Известен способ контроля удаленных датчиков и устройство для его осуществления по а.с. 2012062 5 G 08 С 19/16, опубликованный в бюл. 8 30.04.94, заключающийся в передаче выпрямленного однополупериодного напряжения, из которого формируют импульсы различной длительности в соответствии с состояниями датчиков, осуществлении контроля путем сравнения сформированных импульсов с эталонными и формировании по результатам сравнения команды управления.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является последовательный опрос датчиков, при котором отсутствует функциональная зависимость между заданной программой обслуживания объектов контроля и их состояниями, что приводит к "старению" информации за цикл, к снижению достоверности контроля.

Общим с заявляемым способом признаком является сравнение поступающих сигналов с эталонными значениями.

Известен способ централизованного контроля нескольких объектов по а.с. 306466 G 06 F 15/46, опубликованный в бюл. 19 11.06.71, заключающийся в том, что значения n входных величин контролируемых параметров по их отклонению от заданных пределов преобразуют в n нерегулярно распределенных во времени импульсных информационных последовательностей, не совпадающих во времени друг с другом. Полученные последовательности сравнивают с тактовой последовательностью и контролируют тот объект, импульсная последовательность которого содержит импульс, первым совпавший с импульсом тактовой последовательности. Процесс сравнения информационных импульсных последовательностей направлен на выявление импульсной последовательности, отличающейся среди сравниваемых, причем различные информационные последовательности не должны содержать случайно совпавших между собой во времени импульсов, что исключает одновременный выбор более одного канала связи.

Причиной, препятствующей достижению технического результата, является необходимость фиксации случайных совпадений во времени импульсных последовательностей и блокировки системы выбора в интервалах времени действия совпавших импульсов, что уменьшает разрешающую способность способа. Другой причиной, препятствующей достижению технического результата, является необходимость применения последовательности коммутирующих (или тактовых) импульсов и разбиение процесса контроля (управления) на циклы, моменты времени, начала и длительность которых функционально независимы от состояния контролируемой системы. В течение цикла опроса (управления) информация, поступающая с объектов опроса (управления), не используется для реализации цели способа. Информация, поступающая с объектов, используется только в начале очередного цикла для выбора объекта опроса (или управления).

Общим с заявляемым способом признаком является преобразование n входных величин контролируемых параметров по их отклонению от заданного значения в последовательность n нерегулярно распределенных во времени импульсов.

Наиболее близким к предлагаемому способу является способ централизованного контроля нескольких объектов по а.с. 487395 G 06 F 15/46, опубликованный в бюл. 37 05.10.75, заключающийся в том, что n входных величин контролируемых параметров по их отклонению от задания преобразуют в последовательность n нерегулярно распределенных во времени импульсов, не совпадающих во времени друг с другом, фиксируют момент времени появления одиночного импульса ото всех n информационных последовательностей и контролируют тот объект, информационная последовательность которого содержит зафиксированный импульс.

Данный метод контроля является вероятностным методом, основанным на суммировании случайных импульсных последовательностей с исключением неординарности (совпадения по времени импульсов последовательностей). Для его оценки приемлемы только вероятностные критерии, как например, вероятность контроля i-го объекта, математическое ожидание времени ожидания объектом начала контроля, начиная с момента появления отклонения параметра от заданного предела и т.д.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются последовательный метод опроса объектов, отсутствие контроля при наличии одновременно двух и более импульсных последовательностей на входе.

Главной причиной, препятствующей достижению технического результата, является необходимость создания условий для того, чтобы импульсные информационные последовательности были ординарными. Стохастичность способа контроля приводит к тому, что программа контроля объектов проявляется только после многократных повторов цикла контроля.

Циклом контроля будем называть время, затрачиваемое на последовательный контроль всех n объектов T=nt_k, где t_k - математическое ожидание длительности контроля одного объекта. Ввиду случайной природы импульсных последовательностей, различия их средних статистических частот в течение цикла некоторые объекты могут несколько раз подключаться для контроля к центральной станции контроля, а некоторые могут быть и не подключены, причем контроль может начинаться и не с параметра с максимальным отклонением. Это определяется вероятностью равенства мгновенной суммы числа импульсов единице во всех n независимых и случайно распределенных импульсных последовательностях, поэтому для полного контроля всех объектов потребуется несколько циклов контроля, что приводит к наличию информационной избыточности, увеличению затрат памяти ЭВМ и времени, снижает быстродействие контроля в целом. Длительность t_k контроля параметра зависит в основном от времени, необходимого для обработки импульсной информационной последовательности, например измерения статистической частоты, значение которой отображает состояние контролируемого параметра.

Кроме того, для этого способа характерно наличие зависимости длительности контроля от времени появления двух одиночных импульсов суммарной импульсной последовательности и, в ряде случаев, этого времени может быть явно недостаточно для измерения контролируемого параметра, что приводит к снижению достоверности контроля, поскольку процесс контроля прерывается приходом следующего одиночного импульса. Следует отметить ограниченность применения известного метода, так как он неприемлем для контроля таких технологических процессов, для которых ожидание контроля отклонения определенного параметра либо прерывание процесса контроля является аварийной ситуацией или связано со значительными экономическими затратами. Указанный способ не предполагает формирование математической модели контролируемых объектов на основе поступающих сигналов.

Задача, на решение которой направлено заявляемое изобретение, заключается в устранении выявленных недостатков, то есть в повышении эффективности контроля, разрешающей способности, достоверности, расширении функциональных возможностей.

Технический результат, достигаемый при осуществлении изобретения, заключается в расширении функциональных возможностей за счет построения математической модели контролируемых объектов на основе поступающих сигналов, достижении максимального быстродействия при выборе объекта контроля, снижении временных затрат, а следовательно, исключении "старения" информации в течение цикла контроля и повышении достоверности и разрешающей способности предлагаемого способа контроля за счет одновременного сравнения интенсивностей импульсных информационных последовательностей от всех n объектов.

Указанный технический результат достигается за счет того, что осуществляют преобразование поступающих сигналов по их отклонению от заданных эталонных (пороговых) пределов в нерегулярные импульсные информационные последовательности, в каждой импульсной последовательности одновременно за фиксированный интервал времени измеряют интенсивности следования импульсов, сравнивают их между собой и контролируют тот объект, импульсная информационная последовательность которого имеет экстремальное значение интенсивности, а в случае равенства интенсивностей у двух и более импульсных последовательностей контролируют тот объект, который среди них имеет наибольший наперед заданный приоритет, на последующих интервалах времени измеряют и сравнивают интенсивности только тех импульсных последовательностей, объекты которых еще не контролировались, по накопленным статистическим данным формируют статистическую модель объектов.

Сущность способа заключается в обеспечении такого контроля (управления) за объектами, при котором одновременно контролируется (управляется) центральной станцией контроля один объект, выбираемый из n объектов согласно экстремальному (максимальному) отклонению параметров по детерминированному закону, по которому последовательность контроля объектов является функцией (монотонно возрастающей) от абсолютной величины сигналов, поступающих от этих объектов.

В отличие от известного способа контроля предлагаемый способ контроля позволяет за цикл контроля последовательно, согласно отклонениям контролируемых параметров, проконтролировать все объекты. Причем во избежание "старения" информации во время обслуживания объекта с экстремальным значением измеряют интенсивности импульсных последовательностей еще не контролировавшихся объектов.

Способ реализуют следующим образом. За фиксированный интервал времени, равный среднестатистической длительности контроля объекта, измеряют число импульсов (а следовательно, интенсивность импульсной последовательности) одновременно во всех n случайно распределенных во времени импульсных последовательностях, причем интенсивность i-й последовательности λ_i является монотонно возрастающей функцией величины контролируемого параметра, поступающего с i-го объекта.

Необходимо среди n последовательностей выбрать и подключить к центральной станции контроля объект, импульсная информационная последовательность которого характеризуется экстремальным значением интенсивности. Для сравнения интенсивностей импульсных последовательностей, в результате которого определяют объект с экстремальным (максимальным) значением интенсивности импульсной последовательности, используется математический аппарат порядковой логики, что позволяет достичь максимального быстродействия. Так, полученные n интенсивностей импульсных последовательностей λ_i образуют неупорядоченное множество чисел Λ_n = {λ₁,...,λ_n}. Среди них требуется найти r-й по порядку элемент λ^(r) множества Λ_n (минимальный - λ⁽ⁿ⁾, максимальный - λ⁽¹⁾). Неупорядоченное множество чисел Λ_n можно записать в виде квазиматрицы-столбца:

Элемент λ^(r) численно равен определителю-столбцу r-го ранга от квазиматрицы:
λ^(r) = Λ(r)n

. (2)
где
Раскрыв этот определитель по определенным правилам, получим порядковую логическую функцию f_r(Λ_n) = λ^(r), выражающую искомый элемент λ^(r) через все элементы λ₁,...,λ_n множества Λ_n. Если учесть, что интенсивности импульсных последовательностей λ_i представлены m-разрядным двоичным кодом, то окончательно определение максимального элемента выражают операцией вычисления логического определителя вида:

где , - значение интенсивности i-й импульсной последовательности, представленное в m-разрядном двоичном коде;
- j-й разрядный коэффициент .

Способ раскрытия логического определителя (3) для вычисления максимального элемента λ⁽¹⁾ в дизъюнктивной нормальной форме состоит в определении на первом этапе максимального разрядного коэффициента λmext

m-го разряда путем логического сложения элементов m-го столбца матрицы:

затем осуществляют определение столбца адресно-разрядных коэффициентов m-го разряда по правилу:

где - инвертированное значение λji;
Z_i ^m - адресно-разрядный коэффициент m-го разряда i-й кодовой комбинации.

Далее на каждом j-м этапе производят рекурсивное вычисление соответственно разрядных коэффициентов λjext

и адресно-разрядных коэффициентов Z^j от старших разрядов к младшим согласно следующим правилам:


На m-м последнем этапе получают экстремальное значение интенсивности импульсной последовательности, представленное в m-разрядном двоичном коде:

и столбец адресно-разрядных коэффициентов первого разряда

Столбец (9) может содержать один или несколько единичных элементов, соответствующих объектам с экстремальным (максимальным) значением интенсивности импульсной последовательности. При наличии одного единичного элемента применение к (9) функции кодирования позволяет получить адрес канала максимальной интенсивности импульсной последовательности. Наличие нескольких единичных элементов свидетельствует о том, что имеется несколько каналов с одинаковой экстремальной интенсивностью, и в данном случае необходим выбор того объекта, которому присвоен больший заранее заданный приоритет. В общем случае операция кодирования вида:
Adr(i)=F_CD(^o 1), (10)
где F_cd - операция формирования адреса i-го объекта с учетом заранее заданного приоритета по обслуживанию объектов контроля,
позволяет получить адрес объекта с экстремальным значением интенсивности .

Итак, если зафиксированы две и более импульсных последовательностей с равной интенсивностью, в этом случае контролируют тот объект, который имеет среди них наибольший заранее заданный приоритет, например, по возрастанию порядкового номера объекта.

Пусть к центральной станции контроля подключен j-й объект и производят обработку его импульсной информационной последовательности. В течение этого времени измеряют интенсивности (число импульсов в единицу времени) в каждой из (n-1) импульсных информационных последовательностях, производят сравнение измеренных интенсивностей с целью определения импульсной последовательности с экстремальной (максимальной) интенсивностью. Пуcть такой интенсивностью обладает информационная импульсная последовательность i-гo объекта. Информационная импульсная последовательность j-го объекта, который в это время контролируется центральной станцией контроля, описанные операции не проходит. По окончании контроля j-гo объекта центральная станция контроля формирует сигнал окончания контроля, отключает j-й объект от центральной станции контроля и подключает i-й объект к центральной станции контроля для последующего
контроля. За это время вновь производят измерение интенсивностей (n-2) информационных последовательностей, сравнивают их значения и определяют последовательность с максимальной интенсивностью. Импульсные последовательности i и j объектов эти операции не проходят до окончания полного никла контроля всех объектов. Далее процесс контроля аналогичен вышеописанному, и продолжают его до окончания контроля последнего n-го объекта.

Таким образом, согласно определенному адресу осуществляют выбор для регулирования объекта с экстремальным (максимальным) значением интенсивности импульсной последовательности. По окончании регулирования соответствующего объекта осуществляют переход к анализу интенсивностей только тех импульсных последовательностей, объекты которых еще не контролировались.

По окончании одного цикла контроля, после регулирования всех n объектов осуществляют построение упорядоченного ряда значений интенсивностей
λ(1)Adr(i)

≥λ(2)Adr(i)≥ ...≥λ(n)Adr(i), (11)
где λ(r)Adr(i) - значение интенсивности импульсной последовательности, r-е по величине в упорядоченном ряду и соответствующее i-му объекту.

По виду упорядоченного ряда (11) и его характеристикам можно произвести оценку состояния всего комплекса из n контролируемых объектов. Основными характеристиками упорядоченного ряда являются:
размах
δ = λ⁽¹⁾-λ⁽ⁿ⁾, (12)
математическое ожидание

и дисперсия

Как известно, размах является быстро вычислимой оценкой для средне-квадратического отклонения, математическое ожидание дает среднее значение интенсивностей импульсных последовательностей, а дисперсия - их разброс.

По истечение определенного времени контроля

где l ≥ n, - число циклов контроля;
T_ks - время, затраченное на s-й цикл контроля, можно сформировать 1 упорядоченных рядов, аналогичных (11). Этот статистический материал используют для построения статистической модели каждого из n контролируемых объектов и для оценки и прогнозирования состояния контролируемых объектов на основе статистических моделей.

С этой целью формируют матрицу упорядоченных значений интенсивностей импульсных информационных последовательностей размером (1хn) следующего вида:

где λ(r)sAdr(i)

- значение интенсивности импульсной последовательности, соответствующее i-му объекту и r-е по величине в упорядоченном ряду, полученном в результате s-го цикла контроля;

l - число циклов контроля.

По матрице (16) вычисляют путем прямого подсчета для каждого i-го объекта количество попаданий значения интенсивности импульсной последовательности на r-е место в упорядоченном ряду (в r-й столбец в матрице), в результате чего можно записать матрицу вида:

где k_i ^(r) - количество попаданий значения интенсивности i-й импульсной последовательности на r-е место.

Затем вычисляют частности попадания значения интенсивности i-й импульсной последовательности на r-е место в упорядоченном ряду. Для этого определяют отношение числа k_i ^(r) размещений значений интенсивностей в r-м столбце всех l упорядоченных строк матрицы к общему числу строк 1:

где - частость попадания значения интенсивности i-й импульсной последовательности на r-е место в упорядоченном ряду.

Полученные значения удобно записать в виде следующей матрицы частостей:

в которой каждая строка представляет собой статистическую модель i-го объекта. Данную модель обычно отображают в виде эмпирической гистограммы плотности распределений частостей (фиг.4).

По данным матрицы (19) можно получить семейство n подобных эмпирических гистограмм, каждую из которых затем идентифицируют стандартным законом распределения F(λ_i). Для того, чтобы отнести эмпирическую функцию распределения к одному из теоретических законов распределения необходимо для каждой из некоторого набора теоретической функции распределения получить значения теоретических вероятностей p_r(λ_i) и определить меру расхождения между теоретическим и полученным эмпирическим распределением по одному из критериев согласия, например, по критерию χ² Пирсона:

Вычисленные аналогичным образом значения статистики χ² для различных стандартных теоретических законов распределения сравнивают между собой. По минимуму значения критерия согласия выявляют теоретическое распределение, наиболее адекватно описывающее полученное эмпирическое распределение, и принимают его в качестве статистической модели объекта F(λ_i).

Для статистической модели каждого i-го объекта получают уточняющие характеристики в виде оценки:
математического ожидания

и дисперсии

Результаты 1 циклов контроля позволяют произвести оценку и прогнозирование состояния комплекса из n объектов на определенном интервале времени. Для этого осуществляют вычисление по полученным статистическим моделям F(λ_i) вероятностей принятия контролируемыми параметрами объектов экстремальных значений и затем строят порядковую статистическую модель, представляющую собой упорядоченный ряд вида:
P_i ⁽¹⁾ ≥ ... ≥ P_p ⁽¹⁾ ≥ ... ≥ P_q ⁽¹⁾, (23)
где P_i ⁽¹⁾ - вероятность принятия контролируемым параметром i-гo объекта экстремального значения;

Итак, предлагаемый способ контроля обладает следующими свойствами:
1. Позволяет проконтролировать за цикл контроля все объекты контроля, тем самым исключается "старение" информации и повышается достоверность способа.

2. Позволяет контролировать объекты по адаптивно-детерминированной программе: адаптивность способа контроля заключается в том, что на каждом последующем шаге контроля предварительно определяют сравнительным анализом измеренные значения параметров, а детерминизм способа - в упорядоченности контроля в течение цикла по убыванию или возрастанию значений параметров. Каждый цикл контроля может отличаться от предыдущего только последовательностью контроля объектов.

3. Обладает высокой разрешающей способностью и быстродействием, благодаря одновременному сравнению всех значений интенсивностей импульсных последовательностей.

4. Позволяет формировать модель контролируемых объектов по накопленным данным, что расширяет функциональные возможности способа.

На фиг. 1 приведен один из возможных вариантов структурной схемы устройства, реализующего предлагаемый способ.

Информационные импульсные последовательности с n объектов поступают на входы Bx₁, Bx₂,..., Вх_n, которые соединены с контролирующим (ЦСК) устройством 1 через группу ключей 2₁-2_n. Контролирующее устройство 1, представленное стандартной архитектурой, предназначено для автоматизированного сбора, хранения информации, индикации результатов обработки и принятия решений по управлению (регулированию) контролируемых параметров. Входящее в состав ЦСК эргатическое звено, которое образует оперативный персонал, выполняет функции по окончательному принятию решений о виде модели контролируемых объектов и выработке управляющих (регулирующих) воздействий. Входы Bx₁, Bx₂,..., Вх_n также соединены с входами группы ключей 3₁÷3_n, блока 4 определения экстремального значения среди n информационных последовательностей. Выходы Z₁÷Z_n блока 4 определения экстремального значения соединены со входами блока 5 статического приоритета.

Блок 5 статического приоритета предназначен для выборочной коммутации импульсных информационных последовательностей на вход устройства 1, то есть из двух и более контролируемых параметров, значения которых на данном интервале времени измерения экстремальные и одинаковые среди n параметров, коммутируется импульсная информационная последовательность с наибольшим заранее заданным приоритетом. Выходы блока 5 приоритета соответственно подключены к единичным разрядным входам параллельного регистра 6, объединяющего триггеры 6₁-6_n, единичные выходы которого соединены со вторыми входами ключей 2₁-2_n, а также через элемент ИЛИ-НЕ7 соединены со входом управления блока 5 приоритета и, через формирователь 8, со входом установки в "0" блока 4 определения экстремального значения. Управляющие входы ключей 3₁÷3_n подсоединены к нулевым выходам параллельного регистра 9, объединяющего группу триггеров 9₁-9_n, единичные выходы которого через элемент И10 соединены с нулевыми разрядными входами регистра 9, а его единичные входы соединены с единичными разрядными выходами регистра 6. Выходы блока 5 приоритета соединены через кодер 11 адреса объекта с экстремальным значением интенсивности и шину адреса (ША) с блоком 12 формирования модели контролируемых объектов, второй вход которого через шину данных (ШД) соединен с выходом блока 4 определения экстремального значения. Выходы блока 12 посредством ША, ШД и шины управления (ШУ) соединены с блоком устройства 1.

На фиг. 2 приведена функциональная схема блока 4 определения экстремального значения. В основу его функционирования положен метод определения экстремального значения путем раскрытия логического определителя. Блок 4 предназначен для подсчета числа импульсов в каждой импульсной последовательности за определенное время (то есть для измерения интенсивностей импульсных последовательностей) и одновременного поразрядного сравнения полученных значений с целью выявления максимальной интенсивности импульсной последовательности и адреса объекта, которому он соответствует. Блок 4 определения экстремального значения содержит n идентичных субблоков по числу контролируемых объектов. Каждый из субблоков состоит из двоичного счетчика 13, разрядных элементов ИЛИ14, элементов И15, И16. Входы двоичных счетчиков 13₁-13_n образуют входы блока 4. Элементы ИЛИ14, И15, И16 в каждом разряде, кроме старшего, счетчиков 13₁-13_n образуют разрядные логические блоки, выход элемента ИЛИ14 является выходом логического разрядного блока. Выход предыдущего разрядного логического блока соединен с первым входом элемента И15 и первым входом элемента И16 данного разрядного логического блока. Второй вход элемента И15 соединен с единичным выходом соответствующего разряда счетчика 13, а выход - с первым входом элемента ИЛИ 14, и выходы всех элементов И15 поразрядно подсоединены через элементы ИЛИ17 и НЕ18 ко вторым входам И16 логических разрядных блоков одноименного разряда. Выход элемента И16 соединен со вторым входом элемента ИЛИ14. Разрядные логические блоки в каждом субблоке соединены между собой последовательно, такое соединение позволяет исключить из дальнейшего сравнительного анализа наименьшие кодовые значения чисел. В старшем m разряде логические блоки состоят из элемента ИЛИ14_m, первые входы которых соединены с единичными выходами m разряда соответствующих счетчиков 13₁-13_n. Единичные выходы m разряда счетчиков 13₁-13_n соединены через элемент ИЛИ17 и элемент НЕ18 со вторыми входами элементов ИЛИ14_m. Выходы элементов ИЛИ14₁ младших разрядов через элементы И19 соединены с соответствующими входами регистра 20 хранения адресно-разрядных коэффициентов Z₁-Z_n, выходы которого являются выходами блока 4. Выходы элементов ИЛИ17 через элементы И21 соединены с соответствующими входами регистра 22 хранения экстремального значения, выходы которого являются выходами блока 4. Вход блока 23 управления является управляющим входом блока 4 определения экстремального значения, а его выходы соединены со вторыми входами элементов И21, вторыми входами элементов И19 и управляющими входами счетчиков 13₁-13_n.

На фиг. 3 приведена структурная схема блока 12 формирования модели контролируемых объектов. Блок 12 формирования модели контролируемых объектов предназначен для оценки комплекса из n объектов путем построения порядково-логической модели контролируемых объектов по истечение каждого цикла контроля, а также для оценки каждого объекта в отдельности по порядково-логической модели, получаемой по истечение 1 циклов контроля. Входы мультиплексора 24 являются входами блока 12, первый из которых через ШД соединен с выходом блока 4 определения экстремального значения, а второй через ША - с выходом кодера 11. Выходы мультиплексора через ШД и ША соединены соответственно с входами блока 25 памяти, выходы которого соединены с первыми входами группы ключей 26₁-26_n. Блок памяти 25 состоит из n ячеек памяти, каждая из которых предназначена для хранения экстремального значения интенсивности импульсной последовательности и адреса Adr(i) соответствующей ей объекта контроля. Ячейки памяти заполняются последовательно в течение цикла контроля. Выходы группы ключей 26₁-26_n соединены с соответствующими входами блока 27 упорядочивания, выходы которого соединены через ШД и ША с входами вычислительного блока 28 и мультиплексора 29. Блок 30 управления осуществляет синхронизацию работы блока 12, и его управляющие выходы соединены с управляющими входами мультиплексоров 24 и 29, с управляющими входами блока 27 упорядочивания, вторыми входами группы ключей 32₁-32_1n, а также через элемент ИЛИ31 с управляющим входом блока 25 памяти и вторыми входами группы ключей 26₁-26_n, и через кодер 33 с входом вычислительного блока 28. Выходы вычислительного блока 28 через ША и ШД соединены с входами интерфейсного блока 34, выходы которого являются выходами блока 12 формирования модели контролируемых объектов. Мультиплексор 29 предназначен для организации записи упорядоченных рядов интенсивностей импульсных последовательностей, формируемых в блоке упорядочивания 27, таким образом, чтобы упорядоченный ряд, полученный в результате первого цикла контроля, занимал первые n ячеек блока памяти 35, полученный в результате второго цикла контроля - следующие n ячеек и т.д., всего для записи 1 упорядоченных рядов отводится (1хn) ячеек блока 35 памяти. Выходы мультиплексора 29 через первые входы ключей 32₁-32_1n соединены с входами блока памяти 35, все (1хn) выходов которого соединены с входами коммутирующей матрицы 36. Коммутирующая матрица 36 предназначена для выбора из блока 35 памяти по сигналу от блока 30 управления адресов объектов, значения интенсивностей которых занимают одинаковые положения в упорядоченном ряду. Выходы коммутирующей матрицы 36 через коммутатор 37 соединены с блоком 38 сравнения кодов адресов, представляющим собой n компараторов. Вторые входы блока 38 соответственно соединены с выходами блока 39 хранения адресов объектов. Блок 38 сравнения кодов адресов предназначен для сравнения хранящихся в блоке памяти 35 адресов объектов с экстремальными значениями интенсивностей импульсных последовательностей со всеми адресами контролируемых объектов, считываемых с блока памяти 39, который представляет собой постоянное запоминающее устройство, состоящее из n ячеек памяти с записанными адресами n контролируемых объектов. Выходы блока 38 соединены с соответствующими первыми входами группы счетчиков 40₁-40_n, вторые входы которых являются управляющими и так же, как и управляющий вход коммутирующей матрицы 36, соединены с выходом блока 30 управления. Содержимое счетчиков 40₁-40_n увеличивается на 1 при каждом совпадении адресов в блоке 38 сравнения кодов адресов и обнуляется по сигналу от блока 30 управления при переходе к анализу интенсивностей очередного ранга в 1 упорядоченных рядах. Выходы группы счетчиков 40₁-40_n соединены с соответствующими входами вычислительного блока 41, выход которого соединен с входом блока 42 построения гистограммы, выход которого в свою очередь соединен с входом интерфейсного блока 34.

Устройство работает следующим образом. Процесс контроля осуществляется спорадически, то есть объекты контролируются только при наличии параметров, вышедших за предельно допустимые значения, а затем функционирование осуществляется циклически, непрерывно в каждом цикле объекты контролируются последовательно, согласно отклонениям контролируемых параметров от их допустимых значений, которые отображаются интенсивностями нерегулярных импульсных информационных последовательностей.

Допустим, циклы контроля и моделирования заканчиваются и на вход устройства 1 через ключ 2, открытый посредством блока 4 определения экстремального значения, блока 5 приоритета, соответствующего триггера регистра 6, который перейдет в единичное состояние, поступила импульсная информационная последовательность в этом цикле контроля последнего объекта. Единичным сигналом триггера регистра 6 соответствующий триггер регистра 9 будет переведен в единичное состояние, что тем самым закроет ключ 3, соответствующий номеру контролируемого в данный момент объекта. Подсчет числа импульсов соответствующим счетчиком блока 4 прекратится. Таким образом, с момента начала контроля последнего объекта в цикле контроля регистр 9 находится в единичном состоянии, которое фиксируется с помощью элемента И10. Под действием сигнала конъюнкции с его выхода регистр 9 перейдет в исходное нулевое состояние. По окончании обработки информационной последовательности от последнего объекта в данном цикле контроля устройство 1 выдает единичный импульс, которым регистр 6 фиксируется в нулевом состоянии, посредством элемента ИЛИ-НЕ7 подается сигнал разрешения на вход блока 5 приоритета.

По окончании цикла контроля в блоке 12 начнется формирования статистической модели контролируемых объектов. Посредством мультиплексора 24 заполнится последняя ячейка в блоке 25 памяти, хранящем экстремальные значения интенсивностей импульсных последовательностей и адреса соответствующих объектов. Поскольку цикл контроля закончился, от блока 30 управления подается сигнал па группу ключей 26₁-26_n и блок 27 упорядочивания. Ключи 26₁-26_n откроются, и считываемые с блока 25 памяти значения интенсивностей импульсных последовательностей упорядочиваются в блоке 27. Одновременно сигналом от блока 30 управления стирается содержимое блока 25 памяти, и тем самым подготавливается к новому циклу контроля. В результате работы блока 27 формируется упорядоченный ряд вида:
λ(1)Adr(i)

≥ λ(2)Adr(i) ≥ ... ≥ λ(n)Adr(i),
где λ(1)Adr(i) - значение интенсивности импульсной последовательности, r-е по величине в упорядоченном ряду и соответствующее i-му объекту, который посредством мультиплексора 29, управляемого сигналом от блока 30 управления, и ключей 32 запишется в n соответствующих ячейках блока памяти 35, а его уточняющие характеристики:
размах
δ = λ⁽¹⁾-λ⁽ⁿ⁾,
математическое ожидание

и дисперсия

вычисляются в блоке 28. Таким образом, сформирована модель состояния всего комплекса из n контролируемых объектов, которая через интерфейсный блок 34 поступит для индикации в контролирующее устройство 1.

Поскольку данный цикл контроля является последним в цикле моделирования, то в блоке 35 памяти будут заполнены n последних ячеек, то есть содержимое блока 35 памяти представляет собой матрицу вида:

где λ(r)sAdr(i)

- значение интенсивности импульсной последовательности, соответствующее i-му объекту, r-й по величине в упорядоченном ряду, полученном в результате s-гo цикла контроля.

Сигналом от блока 30 управления коммутирующая матрица 36 и группа счетчиков 40₁-40_n переводятся в активное состояние. Вначале опрашиваются первые элементы упорядоченных рядов и через коммутатор 37 их адреса
поступают блок 38 сравнения кодов адресов, где они сравниваются последовательно с адресами всех объектов, считываемых с блока 39 хранения адресов объектов. При совпадении адресов соответствующий счетчик 40 наращивается на 1, то есть производится подсчет количества попаданий k_i ⁽¹⁾ значения интенсивности каждой i-й импульсной последовательности на 1-е место в упорядоченном ряду. Когда будут проанализированы все 1 упорядоченных рядов, сигналом от блока 30 управления счетчики 40₁-40_n передадут полученные значения в вычислительный блок 41 и перейдут в исходное нулевое состояние. Одновременно посредством коммутационной матрицы 36, коммутатора 37 и блока 38 сравнения кодов адресов начнется анализ вторых элементов в 1 упорядоченных рядах. В вычислительном блоке 41 производится вычисление частости попадания значений интенсивностей каждой i-й импульсной последовательности на 1-е место согласно формуле:

где - частость попадания значения интенсивности i-й импульсной последовательности на 1-е место в упорядоченном ряду.

Полученные значения поступают в блок 42 построения гистограммы, где на их основе осуществляется построение эмпирических гистограмм для каждого i-го объекта. Далее аналогичным образом подсчитываются частости попадания значений интенсивностей всех импульсных последовательностей на 2-ые, 3-и и т.д. места в упорядоченном ряду. После того, как будут подсчитаны количества попаданий значений интенсивностей каждой i-й импульсной последовательности на все позиции в упорядоченном ряду, в вычислительном блоке 41 вычисляются уточняющие характеристики для всех n импульсных последовательностей:
математическое ожидание

и дисперсия

а в блоке 42 будут получены эмпирические гистограммы, которые вместе с уточняющими характеристиками поступят для индикации через интерфейсный блок 34 в контролирующее устройство 1. В функции оперативного персонала входит принятие решений по выбору моделей контролируемых объектов в виде стандартного закона распределения F(λ_i) исходя из представленных данных. Чтобы отнести полученную эмпирическую гистограмму к одному из теоретических законов распределения необходимо для каждой из некоторого набора теоретической функции распределения получить значения p_r(λ_i) и определить расхождение между теоретическим и эмпирическим распределением по одному из критериев согласия, например, по критерию χ² Пирсона:

Вычисленные аналогичным образом значения статистики χ² для различных стандартных теоретических законов распределения сравнивают между собой. По минимуму значения критерия согласия выявляют теоретическое распределение, наиболее адекватно описывающее полученное эмпирическое распределение, и принимают его в качестве статистической модели объекта F(λ_i). После определения статистических моделей всех n объектов возможно вычисления вероятностей принятия контролируемыми параметрами экстремальных значений и построение на основе вычисленных значений порядково-логической модели комплекса из n объектов в виде:
P_i ⁽¹⁾ ≥ ... ≥ P_p ⁽¹⁾ ≥ ... ≥ P_q ⁽¹⁾,
где P_i ⁽¹⁾ - вероятность принятия контролируемым параметром i-гo объекта экстремального значения;

Таким образом, по истечении 1 циклов контроля формируется статистическая модель для каждого i-гo контролируемого объекта и порядково-логическая модель для комплекса из n объектов.

С началом нового цикла нулевые сигналы с регистра 9 откроют ключи 3₁-3_n, через которые на все n входов блока 4 определения экстремального значения поступят импульсные информационные последовательности, каждый из счетчиков 13₁-13_n начнет подсчитывать число импульсов в соответствующей информационной последовательности за время, определяемое устройством 1, то есть за время, необходимое для обработки импульсной информационной последовательности, которая обрабатывается в данный момент.

Рассмотрим процесс определения максимального экстремального значения импульсной информационной последовательности. Пока обрабатывается выбранная на предыдущем этапе информационная последовательность, в блоке 4 за это время проходит постоянный процесс одновременного поразрядного сравнения двоичных кодов, снимаемых с единичных выходов счетчиков 13₁-13_n, отображающих подсчитанное число импульсов. Этот процесс поясняется следующим примером. Пусть в счетчиках 13₁-13_n записаны числа, приведенные в таблице в конце описания.

Процесс сравнения начинается со старшего m разряда, среди значений m-го разряда посредством элемента ИЛИ17 определяется максимальный разрядный коэффициент λmext

, то есть осуществляется операция логического сложения элементов:

где разряд i-го счетчика.

Полученный максимальный разрядный коэффициент λmext

через элемент И21 записывается в соответствующий разряд регистра 22 хранения экстремального значения, а инвертированное значение λmext подается на входы разрядных логических блоков m разряда всех счетчиков 13₁-13_n. В разрядных логических блоках m разряда производится вычисление адресно-разрядных коэффициентов m-го разряда по правилу:

где - инвертированное значение λji;
Z_i ^m - адресно-разрядный коэффициент m-го разряда i-й кодовой комбинации.

Единичные сигналы появятся на выходах только тех логических разрядных блоков m-гo разряда, которые считывают с m-го разряда соответствующего счетчика 13 значение, не меньшее экстремального в m разряде. В нашем примере счетчик 13₂, а значит кодовый сигнал с его выхода, исключается из последующего сравнения.

С выходов логических блоков m-гo разряда сигналы поступают на входы логических блоков (m-l)-гo разряда. Далее, посредством элемента ИЛИ17 определяется экстремальное значение (m-l)-гo разряда с учетом уже исключенного счетчика 13₂

и полученное значение через элемент И21 записывается в регистре 22 хранения экстремального значения. На выходе (m-1)-го разрядного логического блока появятся сигналы, полученные в соответствии с выражением для адресно-разрядных коэффициентов:


Процесс продолжается аналогично для оставшихся разрядов. Исключение счетчиков происходит благодаря последовательной цепи логических разрядных блоков при каждом счетчике, по которой в зависимости от соотношения данного кодового сигнала относительно остальных (n-k) кодовых сигналов проходил сигнал адресно-разрядного коэффициента Z (k - число предварительно исключенных счетчиков на предшествующих разрядах, в нашем примере k=1). Сигнал адресно-разрядного коэффициента Z достигнет выхода последнего разрядного логического блока (младшего разряда) только в том случае, если его кодовый сигнал является наибольшим среди n сигналов. Через элемент И19 адресно-разрядные коэффициенты Z₁-Z_n, полученные на последнем m-м этапе

записываются в регистр хранения 20. Таким образом, в результате сравнения значений интенсивностей импульсных информационных последовательностей в регистре хранения 22 будет записано экстремальное значение , а в регистре 20 - адресно-разрядные коэффициенты Z₁÷Z_n, среди которых единичные будут указывать на последовательности с экстремальным значением. Сравнительный анализ двоичных кодовых сигналов, отражающих числа импульсов, пришедших за определенный отрезок времени соответственно по n каналам, проходит в блоке 4 определения экстремального значения с большим быстродействием, поэтому блок 4 не вносит инерционности в процесс коммутации информационных последовательностей.

Независимо от количества единичных сигналов от блока 4 среди адресно-разрядных коэффициентов Z₁-Z_n на входе блока 5 статического приоритета, на его выходе будут получены n сигналов, среди которых только один будет иметь единичное значение, остальные - нулевые, согласно полученным от устройства 1 сигналам задания приоритета, то есть в блоке 5 статического приоритета реализуется операция выделения столбца с единственным ненулевым элементом в соответствии с заданным приоритетом объектов контроля. Итак, если зафиксированы две и более импульсных последовательностей с равной интенсивностью, в этом случае контролю подлежит тот объект, который имеет среди них наибольший заранее заданный приоритет, например, по возрастанию порядкового номера объекта.

Вся совокупность сигналов с выхода блока 5 приоритета подается на кодер 11, где кодируется адрес объекта с экстремальным значением интенсивности импульсной последовательности. Полученный адрес подается в блок 12 формирования модели контролируемых объектов, куда одновременно с блока 4 определения экстремального значения передается значение экстремальной интенсивности импульсной последовательности. Пусть единичный сигнал появился на j-том выходе блока 5 приоритета. Триггер 6_j регистра 6 перейдет в единичное состояние, откроет ключ 2j и j-ая информационная последовательность поступит на обработку в устройство 1. Цикл контроля n объектов начался с j-го объекта. Одновременно сработает триггер 9_j, который, перейдя в единичное состояние, закроет ключ 3_j, тем самым исключая из последующего сравнительного анализа информационную последовательность j-го объекта контроля на время данного цикла контроля.

Посредством элемента ИЛИ-НЕ7 и сигнала формирователя 8 все счетчики 13₁-13_n переводятся в нулевое состояние, затем счетчики 13₁-13_n, исключая счетчик 13_j (ключ 3_j находится в закрытом состоянии), начнут подсчет числа импульсов, за это время формируется сигнал для коммутации следующей информационной последовательности, параметр которого окажется наибольшим среди (n-1) последовательностей. Далее эта информационная последовательность коммутируется из вход устройства 1 и обрабатывается, одновременно эта последовательность исключается из сравнительного анализа и т.д. Процесс аналогичен вышеописанному и длится до тех пор, пока все триггеры 9₁-9_n регистра 9 не перейдут в единичное состояние, которое фиксируется элементом И10. Единичный сигнал с выхода элемента И10 возвращает регистр 9 в нулевое исходное состояние. Так последовательно производится контроль n объектов, но порядок контроля последующих объектов определяется после контроля каждого объекта, то есть осуществляется адаптивный контроль объектов в зависимости от величин отклонений их параметров в момент времени, предшествующий непосредственно процессу контроля. В блоке 12 формирования статистической модели контролируемых объектов по накопленным данным начнется построение упорядоченного ряда экстремальных значений интенсивностей импульсных последовательностей в данном цикле контроля и определяются его характеристики, отображаемые в блоке индикации контролирующего устройства 1. Циклы контроля повторяются аналогично. По окончании цикла моделирования в блоке 12 формируется модель контролируемых объектов на основе 1 упорядоченных рядов с определением их уточняющих характеристик и отображением полученных моделей в блоке индикации контролирующего устройства 1.

Таким образом, описанное устройство реализует все операции описанного выше способа централизованного контроля n объектов. Преобразованные в нерегулярные импульсные информационные последовательности сигналы поступают на вход устройства, которое подсчитывает число импульсов в каждой из n последовательностей за определенный интервал времени, затем производит параллельное сравнение значений импульсных последовательностей, среди которых выбирается последовательность с экстремальным значением интенсивности. При наличии двух и более последовательностей равной интенсивности для контроля выбирают последовательность согласно заранее заданному приоритету, то есть контролируют один объект. На последующих интервалах времени измеряют и сравнивают интенсивности только тех импульсных последовательностей, объекты которых еще не контролировались. Результаты циклов контроля запоминаются, накопленные данные используют для построения статистической модели объектов.

Эффективность способа контроля относительно известных решений заключается в том, что, во-первых, последовательность операций является адаптивной относительно динамических характеристик интенсивностей информационных последовательностей, что повышает достоверность, разрешающую способность контроля, исключает инерционность при принятии решений по результатам контроля, а значит исключает и "старение" информации, во-вторых, поскольку результаты контроля объектов находятся в упорядоченном (ранжированном) виде, исключается избыточность информации, тем самым экономится память и время, необходимые для обработки этих массивов, в-третьих, достигается максимальное быстродействие, так как сравнение импульсных последовательностей осуществляют параллельно, в-четвертых, значительно расширены функциональные возможности за счет формирования статистической модели объектов на основе накопленных данных для прогнозирования состояния объектов.

Изобретение относится к автоматическому контролю. Технический результат заключается в достижении максимального быстродействия при выборе объекта контроля и повышении достоверности. Способ заключается в том, что осуществляют преобразование поступающих сигналов по их отклонению от эталонных пределов в нерегулярные импульсные последовательности, в каждой импульсной последовательности измеряют интенсивности следования импульсов, сравнивают их между собой и контролируют тот объект, импульсная последовательность которого имеет экстремальное значение интенсивности, а в случае равенства интенсивностей контролируют тот объект, который имеет наибольший наперед заданный приоритет, на последующих интервалах времени измеряют и сравнивают интенсивности только тех импульсных последовательностей, объекты которых еще не контролировались, по накопленным данным формируют статистическую модель объектов. 4 з.п.ф-лы, 4 ил., 1 табл.

1. Способ централизованного контроля n объектов, заключающийся в одновременном преобразовании однородных контролируемых параметров по их отклонению от заданных эталонных пределов в нерегулярные импульсные информационные последовательности, сравнении полученных импульсных последовательностей и подключении для контроля и регулирования того объекта, импульсная последовательность которого отлична от других, при наличии двух и более объектов с одинаковыми импульсными информационными последовательностями выбирают объект с наибольшим заранее заданным приоритетом, отличающийся тем, что за фиксированный интервал времени в каждой импульсной информационной последовательности одновременно измеряют интенсивности следования импульсов, сравнивают между собой значения интенсивностей импульсных последовательностей и контролируют тот объект, импульсная информационная последовательность которого имеет максимальное значение интенсивности, на последующих интервалах времени измеряют и сравнивают интенсивности только тех импульсных последовательностей, объекты которых еще не контролировались в данном цикле контроля. 2. Способ по п.1, отличающийся тем, что определение максимального значения интенсивности импульсной последовательности производят по правилам определения значений порядковой логической функции , аргументом которой является квазиматрица вида

где - значение интенсивности i-й импульсной последовательности, представленное в m-разрядном двоичном коде;
разрядный коэффициент ,
на первом этапе определяют максимальный разрядный коэффициент λmext

m-го разряда путем логического сложения элементов m-го столбца квазиматрицы

затем осуществляют формирование столбца адресно-разрядных коэффициентов m-го разряда по правилу


где - инвертированное значение λji;
Z_i ^m - адресно-разрядный коэффициент m-го разряда i-й кодовой комбинации,
далее на каждом j-м этапе определяют соответственно разрядные коэффициенты λjext и адресно-разрядные коэффициенты Z^j согласно следующих операций:





на m-м последнем этапе получают экстремальное значение интенсивности импульсной последовательности, представленное в m-разрядном двоичном коде:

и адрес соответствующего i-го объекта
Adr(i) = F_CD(Z¹),
где F_CD - операция формирования адреса i-гo объекта с учетом заранее заданного приоритета;

столбец адресно-разрядных коэффициентов первого разряда, единичные элементы которого соответствуют объектам с экстремальным (максимальным) значением интенсивности импульсной последовательности. 3. Способ по п.1 или 2, отличающийся тем, что по истечении цикла контроля состояние комплекса из n объектов оценивают по упорядоченному ряду
λ(1)Adr(i) ≥ λ(2)Adr(i) ≥ ... λ(n)Adr(i),
где λ(r)Adr(i) - значение интенсивности импульсной последовательности, r-е по величине в упорядоченном ряду и соответствующее i-му объекту;
n - число контролируемых объектов,
и его характеристикам:
величины размаха
δ = λ⁽¹⁾-λ⁽ⁿ⁾,
как разности между экстремальными значениями ряда;
математического ожидания

и дисперсии

4. Способ по п.3, отличающийся тем, что по результатам l циклов контроля, представленных квазиматрицей размером (lxn) упорядоченных значений интенсивностей импульсных информационных последовательностей

где λ(r)sAdr(i) - значение интенсивности импульсной последовательности, соответствующее i-му объекту, r-й по величине, в упорядоченном ряду, полученном в результате s-го цикла контроля;

l - число циклов контроля,
состояние каждого объекта контроля соответственно отображают статистическими моделями в виде эмпирических гистограмм распределений частостей размещения на r-х местах упорядоченных рядов значений интенсивностей i-го объекта, определяемых отношением числа k_i ^(r) размещений значений интенсивностей в r-м столбце всех l упорядоченных строк квазиматрицы к общему числу строк l:

которые являются основой для последующей идентификации каждой из них стандартными законами распределений с соответствующими характеристиками:
математического ожидания

и дисперсии

5. Способ по п.4, отличающийся тем, что производят оценку апостериорного состояния объектов контроля на прогнозируемом отрезке времени соответствующими вероятностями принятия контролируемыми параметрами экстремальных значений, а затем оценивают состояние в целом комплекса из n объектов путем формирования порядковой статистической модели в виде
P_i ⁽¹⁾≥...≥P_p ⁽¹⁾≥...≥P_q ⁽¹⁾,
где P_i ⁽¹⁾ - вероятность принятия контролируемым параметром i-го объекта экстремального значения:
д