Устройство для определения области устойчивой работы технических объектов Советский патент 1986 года по МПК G05B23/02 

.11

Изобретение относится к вычисли- тельной технике и может быть исполь- .зовано при оценке устойчивости исправного функционирования технических объектов.

. Цель изобретения - повышение быстродействия устройства за счет сокращения избыточных шагов определения границы области работоспособности,.

Сущность изобретения состоит в том,. i4TO время, необходимое для определения границы области устойчивой работы тёхническЪго объекта, сокра- , щается за счет изменения диа:граммы выбора, очередных шагов н-а том участ- ке искомой границы, где образуются петли. Реализуются лишь одиночные петли, последующие устр-аняются за счет изменения направления обхода границы. По сравнению со временем,. затрачиваемым в прототипе на определение искомой границы

5.

. Т nt + Lr t + S + Mj(n t 3 .

- D + L + + M/iTCnl -. .-DJ, N(1)

где П - количество шагов, при кото-.

М,

3 для последующих пе30

рых происходит определение координат на тех участках границы устойчивой работы, где не образуются петли, L - количество шагов, которые

делаются с целью удаления на 35 равные расстояния от предыду- щего шага;

j - количество шагов, вьшолняемых при образовании петли (j , Мд 4 в случае пер- 40 вой или одиночной петли и .

. тель), S - количество участков границы,.

на которых образуются пет-

ли п| - количество петель на i-м

участке границы; t - время, затраченное на переключение устройства для вы-% полнения очередного шага и вычисления функции устойчивости,

аГналогйчное время для данного устройства

т + L + + 3.s сокращается, таким образом, на

(2)

197

Mj Z- (nl -Ir-l

- ) 3.S

и, кроме того, в

м,1:

., (п1 - 1)/3 S.

1-А

0

0

5

0

5

раз за счет уменьшения количества вершин, в которых производилось вычисление и проверка функции устойчиВОСТИ.о

На фиг. 1.приведена блок-схема устройства на фиг. 2 - блок коррекции параметров, на фиг. 3 - узел переключения направлений на фиг.4 - график процесса построения области . устойчивой работы.

Устройство содержит .первьй 1 и второй 2 реверсивные, счетчики,.счетчик 3, блок индикации 4, блок 5 па- . мяти, блок 6 задания уставок,; блок 7 коррекции параметров, узел 8 переключения направлений, логический блок 9, первый 10, второй 11, третий 12 и четвертый 13 элементы ИЛИ,

Блок 7 коррекции параметров со- д-ержиь первый 14, второй 15, третий. 16, четвертый 17, пятый 18 и. шестой 19 элементы ИЛИ, регистр. 20, триггер 21,.первый 22, вторЬй 23 и третий 24 элементы И, элемент 25 дифференцирования, перэый 26 и второй 27 дешифраторы.

Узел .8 переключения направления включает первые , вторые 29 , третий 30 и четвертьй 31 регистры сдвига, -первьй 32, второй 33 и третий 34 элементы И, первый 35 и второй 36 т-канальные элементы срав- нения (т logjn - коэффициент пересчета счетчиков 1 и 2), эл.емент 37 задержки и элемент 38 ИЛИ.

Логический блок 9 включает элемент 9/t вычисления функции устойчивости и элемент 9 сравнения.

Принцип работы устройства заключается в вычислении функции устойчивости

YJ f j (Х, -X,, X,,), j ,; 1,m (3)

и проверке условий устойчивой работы YjMHH Y PJ(X,, х;,-Х,Х YjwaKC.

... w

где и Yj MQKc соответственно минимальное и максимальное допустимые зна чения j-ro (j 1, m) выходного параметра.

Данные функции выполняет блок 9. Информация в виде цифрового кода поступает на вход элемента 9 со счетчиком 1, 2 и Зо Результатом вычисления являются выходные сигналы элемента 9 5

(f - отображающая точка в области

устойчивости G,.

- отображающая точка вне области устойчивости G:

Счетчики 1 и 2 предназначены для jo з.адания начальных значений первичных параметров

. NIQKC -1

и формирования текущей, координаты отображающей точки ХД (Х, X2jV) .

Область изменения первичных параметров Х и Xj определяется неравен ствами

X/fMMH X l X/IMQKC 2мин- г Хг MQKC, . )

Блок .6 предназначен для проверки условия

Xj 5 Хе MQKC.(7)

Если условие (7) выполняется, то выходной сигнал блока 6 равен нулю,в противном случае - на выходе данно-. :1 го блока появится сигнал, которьй подается на вход установки в исход- нов состояние счетчика 2 и на вычитающий вход счетчика 1.

Блок 5 предназначен для запоминания координаты первой точки R (X.ip,, X.Sf) , принадлежащей области устойчи- вости и сравнения ее с текущими координатами отображающей точки Xj( (X fj, X2j) 6 G. Если выполняется условие

X-f , Xa.g ХгХ, (8)

то блок 5 вырабатывает команду об окончании процесса поиска граничных точек.

Блок 4 предназначен для регистрации и индикации граничных точек, принадлежащих области устойчивости G.

Блок 8 предназначен для выявления петли. Он вырабатывает команду на изменение направления обхода границы-устойчивости G, а также выдаёт состояние отображающей точки на предыдущем шаге определения гр аницы области G.

Блок 7 предназначен для выбора шагов изменений параметров (3X/f и с определенным знаком на каждом

м5

.

jo

-,

;25

0 35

°

45

50 55

этапе поиска граничных точек. Выбор очередного шага определяется нахож- дением отобр.ажакяцей точки вне или внутри области G при предьщущем -шаге, наличием петли, а также тем, найдена ли первая точка, принадлежащая области G, или нет. Выбор очередного шага производится по правилу

f i+AX ) Z. f -ДХ2 )vfj f (+йХ) vrt (-uX,)-Z-.Tf,Vjj:Tn,

f (-uX,) Zf +flX2)(-aX,) ()JZT„,

f (+ДХ) Zf (-AX)v(ff (-AX2) .(+uX2)j. Z-Ttt,

f (-uX) Z.f (+AK,)(+.flX2)

v f C-uX) . Z ,Tf,,

где f (+4X.j), f (-AX2), f (+4X/f), f (-4X/f) - функции переключения на выполнение очередного шага по координатам Xj и X-f i

ЕЧ+ЛХ), ), f ()), f (-ДХ - функции переключения по ко- ордин там Xj и X/f на предыдущем marei

Z(Z) - сигнал.наличия (отсутст-- вия) петли при определении границы области устойчивой работы,

((J) - сигнал о нахождении отоб-. ражающей точки в (вне) области устойчивой работы, постзшакмций с элемен- ;та 9,

Т п - сигнал о нахождении первой я-очки, принадлежащей области устойчивости.

Так, очередной шаг лХ будет выполнен, если на предьщущем шаге произошло одно из следующих измерений параметра:

-ЛХ, и имеется сигнал об образовании петли независимо от того, где находится отображакицая точка, внутри или вне области G,

или

+дХх и отсутствует сигнал об образовании петли, а отображающая точка находится в области устойчивости G;

или

-ЛХ-1 - сигнал об образовании петли отсутствует и отображакяцая точка находится вне области G;

или

идет процесс поиска первой точки, принадлежащей области G.

Устройство работает следующим образом.

Вначале матричным способом определяют координаты первой принадлежащей области G точки R. Для этого в счетчики 1 и 2 вводят координаты исходно точки, равные соответственно

-1 4 хгмнн

Содержимое счетчика 3 равно В блок 6 вводят число, равное Затем выходные сигналы реверсивных .счетчиков 1, 2 и счетчика 3 подаются на Соответствующие входы элемента 9 и узла 8. В данном узле информация со счетчика 1 поразрядно поступает на входы регистров, на элемент 35, а информация счетчика 2 - на входы регистров 29/1 -29fn и элемен 36. Поскольку в регистрах информация отсутствует,на выходе элементов 35 и 36 будут нулевые сигналы, а следовательно, и на третьем выходе, узла 8 сигнал Z 0,

Если при Х Х-1макс Х Х2.мцн и Хд О отображающая точка находит- ся вне области устойчивости G, то на втором выходе элемента 92 появится сигнал , который поступает на третий вход узла 8 и через элемент ИЛИ 13 поступает на второй вход бло- ка 7 „

В узле 8 по сигналу (Г , прошедшем элемент 38 ИЛИ и поступившему на управляющие входы регистров 28-31, произойдет занесение в регистры значения счетчика 1, в регистры 29,1 29у)1 - счетчика 2, а в регистры 31 - значения сигнала j-- .

В блоке 7 сигнал поступает на второй вход элемента 24 И на первый вход которого подается единичный сигнал с инверсного выхода триггера 21, В момент совпадения сигналов на входах элемента 24 И на выходе его появится сигнал, который, пройдя элемент 19 ИЛИ, поступает на суммирующий вход счетчика 2, где запишется число

Хг, X

2 мин

+ ДХ, .

В счетчике 1 сохранится прежнее число Х J Х

Сигналы с выходов счетчиков 1 и 2 поступают снова на входы узла 8 и элемента Ч, на третий вход которого подается число Х 0. В узле 8 сигналы и Хаг. поступают на входы регистров , 29i -29ц, и элементов 35 и 36. Так как в первых разрядах регистров 28|-28fn и записаны числа Х/1-1 и Xa/f , а в остальных - нули, то на выходах элементов 35 и 36 будут нулевые Сигналы и сигнал Z О на выходе узла В., Элемент 9 проверяет справедливость неравен- ства (4). Если оно не выполняется, то на втором выходе элемента 9 опять появится сигнал |j , которьй в регистрах , 29-i-29f узла 8 сдвинет на один разряд числа Х и Xa-i . В освободившиеся разряды запишутся числа- X-i2 и Хгг- В регистре 31 значения будут записаны Bi первом и во втором разрядах. . 1

В момент .появления сигнала на втором входе элемента 24 И на его выходе появится сигнал, который, пройдя. з;лемент 19 ИЛИ, поступает на сум-, мирующий вход счетчика 2, где запишется число

гь - 22

X,

25 о

5

0 5

0

5

Цикл поиска первой граничной точки, принадлежащей области устойчивости G, повторится.

При Xj Xj мака н выходе блока 6 появится сигнал, поступающий на вход установки в исходное состояние счетчика 2 и на вычитающий .вход счетчика 1, в которых запишутся числа

Х-( 2 Хгмин.

Затем цикл определения первой точки, принадлежащей области устойчивости С, повторится.

После выполнения четвертого и последующих -шдгов на обоих входах элемента 35 будет присутствовать сигнал Xj XiMUKC. На выходе его появится сигнал, поступакидий на первый вход элемента 36. Сигнал на выходе элемента 36 отсутствует, поскольку ,при каждом шаге происходит изменение Xj до значения Х Xа макс,. На выходе элемента 32 И сигнал .

Если при очередном шаге отображающая точка перешла в область устойчивости О (точка R на фиг. 4), то сигнал IT появится на первом выходе элемента 9j. По сигналу Г координаты X-i и Хгц фиксируются в блоке 4, в регистрах к 29,f-29rt произойдет сдвиг хранимой информации, а в освободившиеся разряды запишутся числа X-f, и Xjft.. В первый разряд регис гра 30 запишется сигггал J , а в регистре 31 произойдет только сдвиг значений без занесения. На выходе элемента 35 присутствует ненулевой сигнал, а на выходах элементов 36 и 32 - нуль. Сигнал ) , пройдя элемент 12 ИЛИ, подается-на второй вход элемента 22 И. В момент совпадения сигналов на входах элемента. 22 И на его выходе, появится сигнал, поступающий на вход последовательного приема регистра 20. На первый управ- ляющий вход регистра 20 и вход ус- тановки в единичное состояние- триг- гера 21 подается сигнал If , по заднему спаду которого произойдет занесение сигнала р первый разряд регистра 20. Триггер 21 установится в единичное состояние. Выходной потенциал триггера 21, изменяющийся скачком от О до величины U, подается на элемент 25, Положительный выходной сигнал элемента 25 подается на трети вход блока 5. Выходной сигнал с вто- рого выхода блока 7 подается на вычитающий вход счетчика 1, где запишется число Х,(ц Xld - ДХ(. Затем процесс определения граничных точек продолжается аналогично. При этом переход от одной точней к другой определяется местом нахождения отоб- ражакяцей точки на предыдущем этапе определения границы, а также тем, образовалась ли петля или нет, т.е. сигналом Z. Если при определении граничных точек образовалась петля (точка Q на фиг. 4), т.е. отображающая точка вернз лась в точку, ранее исследованную, то на вхо- дах элементов 35 и 36 будут присутствовать сигналы X/|(J и XiG, и на выходах регистров 28/ -28т и 29 -29ец- сигналы и XaGL. выходах элементов 35 и 36 появятся единичные сигналы, которые поступают на элемент 32 Но На выходе элемента 30 также, появится сигнал Z 1, который закрывает элемент 9 на время , определяемое временем переключения блока 7. При этом вычисление функции устойчивости и проверка условий (4) производиться не будет.

Выходной сигнал элемента 32 И подается на стробирующий вход дешифра- тора 27, открывая его, и на второй вход элемента 18 ИЛИ. Сигнал с третьего разряда регистра .20 поступает на

Q 2о 5 эп

5

5

5

0

входы дешифраторов 26 и 27. В момент прихода сигнала Z на стробирующий вход дешифратора 27 на четвертом его выходе появится сигнал, поступающий через элемент 14 ИЛИ на первый вход параллельного приема регистра 20. Сигнал с выхода элемента 18 ИЛИ поступает на второй управляющий вход регистра 20, по которому в первый разряд данного регистра занесется единичный сигнал. Он подается на вычитающий вход счетчика 1, в котором запишется число - ДХ/). Выходной сигнал Z элемента 32 И поступает на первые входы элементов 33 и 34 И, на вторые входы которых подаются сигналы с выходов регистров 30 и 31. Поскольку предьщущая отображающая точка находилась в области устойчивости G, на выходе регистра 30 име;ется единичный сигнал. В момент совпадения сигналов на входе элемен- на его выходе появится сигнал, поступающий на первый управляющий вход регистра -20. Единичный сигнал из первого разряда перепишется во второй. На.вычитающий вход счетчика 2 поступает информация для записи . числа Xj Х ( - л Xj . I

Задержанный на время Т элементом 37 сигнал Z подается на пятьш вход элемента 9(, открывая его.

Как только отображающая точка ререйдет снова в точку R, сигналом с блока 5 счетчики 1 и 2, блок 7 и узел 8 установятся в исходные состояния. . В счетчик 3 запишется новое число Xj Xj, . Устройство будет подготовлено к новому циклу определения границы области .устойчивости. Цикл определения границы области устойчивости при другом значении Х, аналогичен.

Положительный эффект заключается в повышении коэффициента полезного действия устройства, поскольку сокращаются шаги, не несущие полезной информации о наличии граничных точек. За счет изменения направления обхода исключаются шаги определения области устойчивости, при которых образовывались петли. Кроме того, применение устройства позволяет расширить класс объектов, для которых можно определить границу области устойчивости, уменьшить погрешность в точности определения границы области устойчивости технических объектов за счет уменьшения величины шага ЛХ при сохранении быстродействия.

Формул а и з обре тения

Устро йство для определения области устойчивой работы технических объектов, содержащее счетчик и блок задания уставок, выход которого соединен- через первый элемент ИЛИ с вы«

читающим входом первого реверсивного счетчика, выход которого связан с первыми информационными входами блока памяти, элемента вычисления функции устойчивости и блока индикации, выход блока задания уставок связан через второй элемент ИЛИ с входом установ1 и в исходное состоя

ние второго реверсивного счетчика, выходом подключенного к входу блока задания уставок и к вторым информационным входам блока памяти, элемента вычисления функции устойчивости и блока индикации, выход счетчика подсоединен к четвертому информационному входу блока индикации и третьему информационному входу-эле мента вычисления функции устойчивос

Ти, выходом подключенного к входу элемента сравнения, первый выход которого связан с третьим информационным входом блока индикации, выход блока памяти соединен со счетным входом счетчика, входом установки в исходное состояние первого реверсивного счетчика и вторым входом второго элемента ИЛИ, отличающееся тем, что, с целью повьшения быстродействия устройства, в него введены третий и четвертый элементы ИЛИ, узел переключения направлений и блок коррекции, содержащий два дешифратора, шесть элементов ИЛИ, элемент дифференцирования, три элемен та И, триггер и регистр, выход третьего элемента ИЛИ подключен к входу установки в единичное состояние триггера, первому управляющему входу регистра и к второму входу перво го элемента И, выход четвертого элемента ИЛИ связан со стробирующим входом первого дешифратора, первым входом пятого элемента ИЛИ и с вто-

,-

- 5

рыми входами второго и третьего эле ментов И, выход блока памяти нодсое- динен к входу установки в исходное сЬстояние регистра и к входу установ10

. 15

2D

- ,5 30

35

40

45

50

55

ки .в нулевое состояние триггера, . единичный выход которого через элемент дифференцирования соединен с третьим информационным входом блока памяти, а нулевой выход триггера - с , первыми входами первого и третьего элементов И, .выходы разрядов регистра с первого по четвертый соединены соответственно с входами с первого по четвертый первого и второго, дешифраторов, выход четвертого разряда регистра, кроме того, соединен с третьим входом первого, элемента ИЛИ блока коррекции и с первым входом второго элемента И, связанного выходом с первым входом шестого элемента ИЛИ, второй вход которого подключен к выходу третьего элемента И, выходы первого дешифратора .с первого по четвертый связаны с первыми входами соответственно четвертого, первого-, второго и третьего элементов ИЛИ блока коррекции, выходы второго дешифратора с первого по четвертый подключены к вторым входам соответственно третьего, четвертого, пер.вого и второго элементов ИЛИ блока коррекции, .выходы элементов ИЛИ блока коррекции с первого по четвертый соединены с входами параллельного, занесения регистра соответственно с первого по четв.ертый, выход первого элемента И связан с входом последовательного занесения регистра, выход пятого элемента ИЛИ соединен с вторым управлякяцим входом регистра, вьрсоды которого с первого по третий связаны . соответственно с вторым входом пер- вого элемента .ИЛИ, с вычитающим входом второго реверсивного счетчика и с суммирующим входом первого реверсивного счетчика, выход шестого элемента ИЛИ соединен с суммирующим входом второго реверсивного счетчика, узел переключения направлений содержит m первых, m вторых, третий и четвертый регистры сдвига, два т-каналь- ных элемента сравнения, три элемента И, элемент ИЛИ и элемент задержки, выходом и входом соединенный соответственно с вторым командным входом элемента вычисления функции устойчивости и с первыми входами второго и третьего элементов И узла, подключен,- ными также к выходу первого элемента И узла, стробирующему входу второго дешифратораj второму входу пятого элемента ИЛИ и к первому командному

входу элемента вычисления функции устойчивости, выходы разрядов первого реверсивного счетчика соединены с входами последовательной записи соответствующих первых регистров сдвига и первыми входами соответствующих каналов первого т-канального элемента сравнения, выход и вторые входы каналов которого подключены соответственно к.первому входу первого элемента И узла и старшим разрядам соответствующих первых регистров сдвига, выходы разрядов второго реверсивного счетчика соединены с входами последовательной записи соответствующих вторых регистров сдвига и с первьии входами соответствующих каналов второго га-канального элемента сравнения, выход и вторые входы каналов которого подключены соответственно к второму входу первого элемента И узла и старшим разрядам соответствующих вторых регистров сдвига, второй выход элемента сравнения связан с вторым входом четвертого элемента И, вторым входом элемента ИЛИ узла и входом последовательной записи четвертого регистра сдвига, выход и вход установки в исходное с остояние которого связаны соответственно с вторым входом третьего элемента И. узла и с выходом блока памяти, подключенным также к входам установки в исходное состояние первых, вторых и третьего регистров сдвига, первый выход элемента сравнения подсоединен к второму входу третьего элемента ИЛИ, через элемент ИЛИ узла - к управляющим входам всех регистров сдвига и .входу последовательной записи третьего регистра сдвига, выходом через второй элемент И узла соединенного с

первым входом третьего элемента ИЛИ,

выход третьего элемента И узла связан

с первым входом четвертого элемента

ИЛИ. . .

9иг,1

м

А

:э &

Заказ 3487/42 Тираж 836 . Подписное ВНИИПИ Государственного комитета СССР

по делам изобретений и открытий 113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., д. 4/5

Производственно-полиграфическое предприятие, г. Ужгород, ул. Проектная, 4

Изобретение относится к вычислительной технике и может быть.использовано при оценке- устойчивости исправного функционирования технических объектов. Повьппёние быстродействия достигается сокращением избыточных шагов определения границы области ра.- ботоспособности G по правилу выбора функций переключения f(+uX l), f(-dX f), f(-дХ), (Xi, Xj - координата отображающей точки), учитывающему сигналу: Z (Z) - наличие (отсутствие) петли , ((f) -. нахождение отображающей точки в (вне) области устойчивой работы, Tfj - наличие в области устойчивости первой точки. В блак памяти вводятся координаты первой точки , , Xg.R , принадлежащей области устойчивой работы, в результате чего логический блок формирует команду . Узел переключения направления, в зависимости от информации счетчиков и состояния отображаемой точки на предьщущем шаге определения границы G, формирует команду на изменение направления ее обхода Z. Блок коррекции параметров реализует правил о выбора очередного шага на основе значения переменных Tf, , Z и f . При выполнении условия Xyj, Хгр . ХаЛ (X/i ХгД - текущие координаты отображающей трчки) блок памяти вырабатьшает ко- . манду об окончании процесса поиска граничных точек 4 ил. i СЛ к 4 со