Устройство для прогнозирования параметрической надежности технических систем Советский патент 1983 года по МПК G06F17/00 G06F17/18 

Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано при анализе и прогнозировании надежности по постепенным отказам технических систем, в частности метрологической надежности измерительных систем. Известно устройство для прогнозирования параметрической надежност узлов радиоэлектронной аппаратуры, содержащее блок управления, выход которого подключен к управляющим входам блока перебора реализаций, формирования тестовых сигналов, моделирования, задания допусков и коммутаций, первый вход соединен с первым выходом генератора тактовых импульсов, второй выход которого подключен к первому входу блока ком мутаций, третий выход - к первому входу блока задания допусков, выход блока коммутации соединен с первым входом блока моделирования второй вход которого подключен к выходу блока формирования тестовых сигналов, выход - к второму входу блока задания допусков, первы выход которого соединен с входом счетчика отказов, блок установки входных параметров, выход которого подключен к третьему входу блока моделирования, первый выход блока перебора реализаций через первый КЛЮЧ: соединен с вторым входом блок коммутаций, другой вход первого ключа объединен о вторым входом блока управления и подключен к выходу блока анализа, входы блока ан лиза подключены к выходам соответствующих элементов И, первые входы которых соединены с вторым выходом блока перебора реализаций, второй вход каждого элемента И подключен выходу соответствующего счетчика . запрещенных кодов, вход каждого из которых соединен с соответствующим выходами шагов коммутатора, вход к торого соединен с выходом второго ключа, первый вход второго ключа соединен с третьим выходом блока перебора реализаций,второй вход с вторым выходом блока задания допусков, выходы счетчика шагов и сч чика задания числи шагов через тре ключ соединены с входом генератора тактовых импульсов, четвертый выхо которого подключен к входам блока установки входных параметров и сче чика шагов Cl. . Однако в данном устройстве не предусматривается имитирование слу чайных процессов старения, йзносаили разрегулирования элементов сие тем. Известно также устройство для прогнозирования параметрической надежности ргщиоэлектронной аппа ратуры, содержащее генератор нестационарных случайных процессов, выход которого соединен с первым входом блока задания параметров нестационсфных случайных процессов, второй его вход соединен с первым выходом блока управления, а выход блока задания нестационарных случайных процессов соединен с входом блока имитации реализаций случайных процессов, первый выход которого соединен с первым входом блока элементов И, выход которого соединен с первым входом блока моделей, а второй вход блока элементов И соединен с выходом генератора стационарных случайных процессов , первый вход которого соединен с вторым выходом блока имитации реализаций случайных процессов, а,, второй вход - с выходом блока задания параметров стационарных случайных процессов, вход которого соединен с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом задатчика тестовых сигналов, четвертый выход блока управления соединен с первым входом счетчика циклов моделирования, выход которого соединен с вычислительным блоком, другой вход которого соединен: с выходом блока задания допусков. Указанное устройство позволяет прогнозировать параметрическую надежность радиоэлектронной аппаратуры путем воспроизведения непре-. рывных нестационарных и стационарных составляющих случайных процессов изменения параметров элементов C2J. Однако в реальных условиях эксплуатации на величину параметров систем действуют различные нерегулярные возмущагацие факторы как в виде аддитивных, так и мультипликативных помех (погрешностей ). Так, например, для измерительных систем, использующих в Качестве первичных преобразователей тензорезисторы, аддитивные помехи (погрешности/ возникают на входе системы вследствие ползучести тензорезисторов или неполной термокомпенсации. Мультипликативные помехи возникают на выходе системы от изменения чувствительности регистрирующих приборов вследствие изменения напряжений питания или коэффициента усилителей прибора. Выходной параметр системы определяется формулой : ,..(thV(tO)z. (t), (Hi -1-й выхЬдной параметр где -у системы, ,N, - j-и параметр элементов i системы, , к; 4(t)- аддитивная помеха (може иметь стационарную и нестационарную составля щие процесса изменения воздействующая на входные пар аме тры, 2j(-t) - мультипликативная поме ха, . воздействующая на выходные параметры сис темы. На практике часто встречается случай, когда обе помехи воздейст вуют на вход системы. В этом случае выходной параметр системы запишется в виде .((.-Ck b( где S-(t) - мультипликативная пом ха, воздействующая на входной параметр системы. Уравнения (1 I и (2 ) можно объе динить и записать как ),()f( где ф- (-t) - аддитивная помеха, воздействующая на выходной параметр системы. При отсутствии воздействия муль типликативных помех на входные параметры (полагаем f,- t) 1) и аддитивной помехи на выходной параметр (полагаем, (t} О) уравнение (3 ) преобразуется в (1 ). При воздействии мультипликативных и аддитивных помех-только на входные параметры (полагаем ) 1 и V-(t) О J уравнение (3 ) преобразуется в (2 ). Учет названных помех необходим для воспроизведения всех существующих связей (взаимодействий) объекта испытаний с внешней средой Цель изобретения - повышение точности прогнозирования надежности технических систем за счет учета влияния мультипликативных помех. Поставленная цель достигается тем, что в.устройство введены блок коммутации, блок умножения и блок задания внешних возмущающих факторов, бход которого соединен с пятым выходом блока управления, а выход - с первым входом блока умножения, второй вход которого сое.динен с первым выходом блока ком мутации, а выход - с первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом задатчика тестовых сигналов, третий вхо с выходом блока моделей, второй вы ход - с вторым входом блока моде,лей, а третий выход - с входом блока задания допусков. Блок управления содержит генератор тактовых импульсов, четыре линии задержки и четыре формирователя сигналов, выход генератора тактовых импульсов соединен с первым выходом блока управления и через последовательно соединенные линии задержки и формирователи сигналов с соответствующими выходгили блока управления. На фиг. 1 представлена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 и 3 - схемы блоков моделей и управления соответственно. Устройство содержит блок 1 задания параметров нестационарных случайных процессов, блок 2 имитации реализаций случайных процессов, блок 3 элементов И, блок 4 задания допусков, вычислительный, блок 5, счетчик б циклов моделирования, генератор 7 нестационарных случайных процессов, генератор 8 стационарных случайных процессов, блок 9 задания параметров стационарных случайных процессов, задатчик 10 тестовых сигналов, блок 11 моделей, блок 12 умножения, блок 13 задания внешних возмущающих факторов, блок 14 управления и блок 15 коммутации. Блок 1 предназначен для задания (установки / начальных значений параметров нестационарных случайных процессов изменения определяющих параметров элементов систем, а именно средних начальных значений и средних квадратических отклонений, средних скоростей изменения параметров и их средних квадратических отклонений. Блок 1 представляет собой блок задания масштабных коэффициентов. Выход блока 1 подключен к входу блока 2. Блок 2 содержит электронные и электромеханические интеграторы, необходимые для воспроизведения линейных (или нелинейных) реализаций моделируемых случайных процессов изменения определяющих параметров элементов систем. Первый выход блока 2 присоединен к первому входу блока 3, а второй выход - к первому входу генератора 8. , Блок 4 предназначен дня установления границ областей работоспособных состояний элементов сисем. Величины границ задаются в виде электрических напряжений или токов. Выход блока 4 соединен с входом блока 5 вычисления показаелей надежности. Генератор 7 служит для имитации нестационарных случайных процессов, а генератор 8 - стационарных слуайных процессов.

В блоке 9 устанавливаются значения характеристик стационарных случайных процессов - величины математических ожиданий и средних квадратических отклонений,Блок 11 является электронным макетом реальной схемы. В макете испольЭуются элементы с переменными параметрами, предназначающиеся для имитации процессов износа, старения, разрегулирования в-ходе эксплуатации. Так, например, для измерител.ьных систем, использующих в качестве первичных преобразователей тензорезисторы, макетом реальной схемы будет набор пассивных элементов, соединенных по схеме фиг. 2. Для других систем макет реальной схемы будет другой.

На фиг. 2 на транзисторах 16, и 1б2 собрана схема объединения тестового сигнала, поступающего с блока 10, и сигнала с блока 3. На сопротивлениях 17-22 собрана модель измерительной системы, состоящая из первичных .преобразователей (сопротивлений 18 и 19/, образующих внешний полумост измерительного моста (активный и компенсационный тензорезисторы, входящие во внешний полумост, наклеиваются на поверхность объекта, подвергающегося деформации ), и сопротивле.НИИ 21 и 22, образующих внутренний полумост измерительного моста (17 и 172- сопротивления связи, --.напряжение питания измерительного моста , При этом блок 11 также содерзкит сопротивления 23 и 24 смещения.

Блок 13 предназначен для задания внешних возмущающих факторов в виде электрических напряжений или токов, которые могут быть детерминированными или случайными.

Блок 14 управления конструктивно представляет собой генератор 25 тактовых импульсов с периодом, равным длительности цикла моделирования, линии 26-29 задержки и формирователи 30-33 сигналов (фиг. 3/. Его назначение - запуск и разрешение работы соответствующих блоков.

Устройство работает следующим образом.

Формируемые на выходе генератора 7 нестационарные случайные процессы в виде электрических напряжений поступают на вход блока 1, где осуществляется их масзитабирование в соответствии с моделируемыми процессами изменения свойств элементов систем.

С помощью интеграторов блока 2 имитируюогся отдельные реализации нестационарных случайных процессов старения и износа элементов систем. Синхронно с этим по командам из блока 14, поступающим на вход генератора 8, в нем воспроизводятся стационарные составляющие реальных случс1йных процессов старения элементов.Затем они подаются на

0 первые входы элементов И блока 3, на вторые входы которых поступают нестационарные составляющие случайных процессов изменения элементов систем,

5 В момент начала рабочего такта функционирования устройства на вход блока 11 из блока 3 и задатчика 10 через блок 15 одновременно поступают сигналы и электрические наQ пряжения, пропорциональные отдельным ресшизациям случайных процессов изменения параметров элементов системы соответственно. Начинается моделирование первого цикла функциос нирования системы. В блоке 11 формируются напряжения, соответствующие выходным параметрам элементов системы, которые подаются на вход блока 12 умножения, на другой вход которого подается мультипликативная

0 помеха с блока 13. Перемноженные сигналы подаются на вход блока 4. Если в ыходные параметры системы пе ресе:ку т границы допустимых областей, то в счетчике 6 фиксируется пара5 метрический отказ,

После многократного осуществления подобных циклов моделирования по известным из теЬрии надежности соотношениям вычисляются численные

0 значения показателей надежности систем.

В случае моделирования процесса по уравнению (2 ) на вход блока 12 через блок 15 (Ьереключатель нахос дится во втором положении ) поступает сигнал из блока 10. Перемноженный сигнал одновременно с сигналом из блока 3 поступает на вход блока 111. Далее процесс моделирования происходит аналогичным образом.

Экономическая эффективность, .ожидаемая при внедрении предлагаемого устройства, достигается за 5 счет повышения точности прогнозирования нaдeжнocт технических систем, так как более полно учитывается влияние случайных факторов за счет учета воздействия мультипликативных помех.

Фиг. i

1.УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПРОГНОЗИРОВАНИЯ ПАРАМЕТРИЧЕСКОЙ НАДЕЖНОСТИ ТЕХНИЧЕСКИХ СИСТЕМ, содержащее генератор нестационарных случайных процессов, выход которого соединен с первым входом блока задания параметров нестационарных случайных процессов, второй его вход соединен с первым выходом блока управления, а выход блока задания нестационарных случайных процессов соединен с входом блока имитации реализаций случайных процессов, первый выход которого соединен с первым входом блока элементов И, выход которого соединен с первым входом блока моделей, а второй вход блока элементов И соединен с-выходом генератора стационарных случайных процессов, первый вход которого соединен с вторым выходом блока имитации реализации случайных процессов, а второй вход - с выходом блока задания параметров стационарных случайных процессов, вход которого соединен, с вторым выходом блока управления, третий выход которого соединен с входом задатчика тестовых сигналов, четвертый выход блока управления соединен с первым входом счетчика циклов ьюделирования, выход которого соединен с вычислительным блоком, другой вход которого соединен с выходом блока задания допусков, отличающееся тем, что, с целью.повышения точности прогнозирования за счет учета влиятия мультипликативных помех, оно содержит блок коммутации, блок умножения и блок задания внешних возмущающих фактоi ров, вход которого соединен с пятым выходом блока управления, а (Л выход - с первым .входом блока умножения, второй вход которого соединен с первым выходом блока коммутации, а выход - с первым входом блока коммутации, второй вход которого соединен с выходом задатчика тестовых сигналов, третий вход с выходом блока моделей, второй выход - с вторым входом блока модеел лей, а третий выход - с входом блока задания допусков. со 2. Устройство по п, 1, отли01 чающееся тем, что блок управления содержит генератор тактовых х импульсов, четыре линии задержки и четыре формирователя сигналов, вЫ- / ход генератора тактовых импульсов соединен с первым выходом блока управления и через последователь,но соединенные линии задержки и формирователи сигналов с соответствующими выходами блока управле ния.

25

26

27

28

29

Фиг.З

На вяод б/i.f

а ffxo9 .9

На вхоЗ

31 ВЛ. W

HnSxad

32 бя. 13

На влвд

33 S.ff