Устройство для проведения многофакторного эксперимента Советский патент 1983 года по МПК G05B23/00 

сумматор и измерительный блок, вторыми входами через блок множителей подключенный к первым выходам блока задания факторов и к вторым входам блока моделирования, введены первый и второй вычислительные блоки, блок экстраполяции и блок регистрации, входом соединенный с выходом второго вычислительного блока, первый вход которого через блок экстраполяции подключен к выходу первого вычислительного блока, вторые входы - к вторым выходам блока задания факторов, первый вход первого вычислительного блока соединен с выходом измерительного блока, вторые входы - с выходами блока множителей, а также тем, что первый вычислительный блок содержит делитель, входом подключенный к первому входу блока, а выходом через умножители к входам интеграторов, выходы которых подключены к выходам блока, вторые входы которого соединены со вторыми входами умножителей, кроме того, тем, что блок экстраполяции содержит по числу вычисляемых коэффициентов Звенья, состоящие из последовательно соединенных ячеек памяти и умножителей, выход которых- подключен ко входам сумматора, выходом соединенного с выходом блока, а также тем, что второй вычислительный блок содержит в каждом канале умножитель, первым входом подключенный к первому входу блока, вторым входом к второму входу блока.

На фиг. 1 приведена структурная схема предлагаемого устройства для проведения многофакторных испытанийJ на фиг. 2 - cxevtJ вычислительных блоков и блока экстраполяции.

Устройство содержит блок 1 задания факторов, блок 2 множителей, испытуемую систему или ее модель 3, содержсидую блок 4 моделирования, блок 5 задания параметров, два блока 6 и 7 суммирования, генератор 8 дрейфа и генератор 9 шума, измерительный блок 10, два вычислительных блока 11 и 12, блок 13 экстраполяции и блок 14 регистрации.

Блок 11 содержит делитель 15, блоки 16 и 17 умножения, интегрируняцие блоки 18, 19 и 20.

Блок 13 экстраполяции содержит в каждом канале ячейки 21 и 22 памяти , умножители 23, 24 и 25, и сумматор 26, а блок 12 - умножитель 27 и сумматор 28.

Многофакторные регрессионные зависимости для- выходных характеристик системы, по которым производится прогнозирование работоспособности , вид

о 1,. . 1 ,j 1 э

где У( - выходная характеристика

системы,

X , X. - дестабилизирующий фак ) тор, i , J 1, . . . п

Bj, (t) - нулевой член регрессии

в функции времени;

BL(t), B..(t) - коэффициенты регрессии З в функции времени, характеризующие влияние отдельных факторов и-и комбинаций на выходную характеристику системы

10 - случайнс1я ошибка измерений .

Устройство работает следукмдим .

В последовательные моменты контроля системы с блока 1 з&дания факторов на исследуемую систему или ее модель 3 подаются определенные комбинации факторов или наборы сигналов, пропорциональные этим факторам, в соответствии с планом испытаний. При этом в блоке 10 измеряются значения выходных характеристик систе и соответствующих данным комбинациям факторов. Модель системы управления выполнена в виде блока 4 моделирования, в качестве которого может быть использована, например, аналоговая вычислительная машина. Параметры модели задаются на вход блока 4 с помощью блока 5 задания параметров, сигналы с которого суммируются в блоке 6 с сигналами от генератора 8 дрейфа, что позволяет имитировать временной дрейф параметров модели. Для имитации помех выхоные сигналы с блока 4 суммируются в блоке 7 с сигналами от генератора 9 шума. Это позволяет проводить многофакторные испытания систем управления в условиях неаддитивного дрейфа.

С измерительного блока 10 сигналы, соответствующие выходной характеристике системы, измеренной при различных комбинациях факторов, поступают в первый вычислительный блок 11. Одновременно на вторые входы блока 11 поступают сигналы с блока 2, соответствующие значениям комбинации факторов. В блоке 11 осуществляется автоматическое вычисление коэффициентов влияния факторо и их взаимодействий на выходную характеристику системы (коэффициентов регрессии) по следующим зависимостям н

ц%-1 X н. у ц

(2)

в

(Г

.;-1

XjK УК

(3)

Bi,

N

м Л УК , С)

BO где у - значение выходной характе ристики системы, измеренное при k-ой комбинации факторов; k l , N, N - общее число измерений; X. , X,- значение факторов при k-ом измерении. Вычисленные значения коэффициентов Вр, В,,-, поступают в блок 13 экстраполяции, в котором производит ся запоминание и сохранение их значений в последовательные моменты контроля и зкстрацоляции значений этих коэффициентов на будущие момен ты времени. Значения коэффициентов, вычислен ные для момента времени t +At (At интервал прогнозирования), поступают во второй вычислительный блок 12 где осуществляется вычисление прогн зируемых значений выходной характеристики система при конкретных значениях факторов, задаваемых с блока Бмчислвнные для момента времени tyj, + .Ot значения выходной характеристики испытуемой системы при ожидаемых на интервале прогнозирования &t значениях факторов позволяют судить о работоспособности системы, ин.формация о прогнозируеких значениях кодной хирактеристики у„р регистрируется блок (МЛ 14 и позволяет судить о работоспособности систеки на интервале времени прогнозирования.. Измеренное в блоке 10 значение выходной характеристики системы уменьшается на делителе 15 в N раз и поступает нё( блоки 16 и 17 умножения. На вторые входы блоков 16 и умножения поступают сигналы, соответствуклцие значениям факторов и их взаимодействий, при которых измеряется выходная характеристика с блока 2. С выхода блоков 16 и 17 сигна соответствующий уменьшенным в N раз произведениям значений факторов х,и взаимодействий xj йа выходную характеристику системы уц, поступает на входы интегрирующих блоков 18 и 19. На интегрирующий блок 20 подается уменьшенное в N раз значение выходной характеристики уц с де лителя 15. В результате проведения N измерений (в соответствии с плано многофакторных испытаний) в интегри рукюих блоках 18, 19 и 20, накопятся сигналы, равные сумме значений н, xi. Y и ( , соответствуппющие коэффициентам регрессии В., Кл R-. (-Ijf . °0 Вычисляемые по результатам контроля систекал в последовательные моменты времени t . .. t,, t, t значения коэффициентов поступают в блок 13 экстраполяции. Работу блока 13 рассмотрим для случая экстраполяции параметра по ,трем значениям коэффициента, полученным по результатам контроля системы через равностоящие интервалы времени ut. Сигналы, соответствующие значениям коэффициента через равностоящие интервалы времени ut, поступают в ячейки 21 и 22 памяти блока экстраполяции, где запоминаются. При экстраполяции храняшмеся в ячейках 21 и 22 значения коэффициентов в предшествующие моменты контроля tn1- значения коэффициентов регрессии вычисленные в блоке 11 для момента текущего контроля t умножаются в блоках 23-25 умножения на соответствующие весовые коэффициенты и подаются на сумматор 26, на выходе которого получаем прогнозируемое значение коэффициента регрессии с упреждением на интервал ut для момента времени t - t«,+ л. , . . Сигналы, соответствующие вычисленным значениям коэффициентов В,, , для момента t t -ь ut, из блока 13 поступают через соотвзтствующие блоки 27 и 28 умножения блока 12 на сумматор 29. На вторые ЬходМ блоков 27 и 28 умножения подаются сигналы, соответствукядие значениям факторов на интервале прогнозирования At с блока 1 задания факторов. С выхода сумматора 29 сигнгш, соответствуквдий значению выходной характеристики систег-аз или ее модели, вычисленной при конкретных значениях факторов с упреждением на интервал прогнозирования at, .поступаете на блок 14 регистрации. Выходные характеристики позволяют судить о работоспособности системы на интервале времени прогнозирования. Использование предложенного устройства по сравнению с известными позволяет .автоматизировать процедуру вычисления коэффициента влияния факторов и их взаимодействия на выходные характеристики технической системы, а также процедуру определения функциональных зависимостей этих коэффициентов от времени, при этом на класс системы не накладывается ограничений. Кроме того, обеспечивается инструментальное прогнозирование работоспособности технической системы на заДанный период работы, соответствукмяий, например, межремонтному циклу или гарантийноку ресурсу системы при любых значениях дестабилизирующих факторов из заданного для них диапазона значений, результаты прогнозирования могут быть использованы лля организации технического обслуживания системы, обеспечивающие требуемые показа- тели надежности, например, саммапроцентный ресурс системы.

Экономический эффект данного устройства заключается в сокращении продолжительности ресурсных испытаний системы.

Формула изобретения

1. Устройство для проведения многофакторного эксперимента, содержащее генератор дрейфа, генератор шума и последовательно соединенные блок задания программы, первый сумматор, блок моделирования, второй сумматор и измерительные блок, вторыми входами через блок множителей подключенный к первым выходам блока Зё1дания факторов и к вторым входам блока моделирования, отличающеес я тем, что, с целью расширения функциональных возможностей устройства, в него введены первый и второй вычислительные блоки, блок экстраполяции и блок регистрации, входом соединенный с выходом второго вычислительного блока, первый вход которого через блок экстраполяции подключен к выходу первого вычислительного блока, .вторые входы - к вторым выходам блока задания факторов, первый вход первого вычислительного блока соединен с выходом измерительного

блока, вторые входы - с выходами блока множителей.

2.Устройство по п. 1, о т л ичающееся тем, что первый вычислительный блок содержит делитель,

5 входом подключенный к первому входу блока, а выходом - через умножители к входам интеграторов, выходы которых подключены к выходам блока, вторые входы которого соединены с вто0 рыми входами умножителей.

3.Устройство по п. 1, о т л ича юше е с я тем, что блок экстРЕШОЛЯЦИИ содержит по числу вычисляемых коэффициентов звенья, состо5 ящие из последовательно соединенных ячеек памяти и умножителей, выходы Которых подключены к входам сумматора, выходом соединенного-с выходом блока.

0 4. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что второй вычислительный блок содержит в каждом канале умножитель, первым входом подключенный к первому входу блока,

5 вторым входом - к второму входу блока.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе

1.Мозгалевский А. В., Гаскаров Д, В, Диагностика судовой автомати ки методами планирования эксперимен та. Л., Судостроение, 1977,

с. 34-36.

2.Авторское свидетельство СССР № 729554, кл. G 05 В 23/00, 1978

(прототип).

--Г

Г