Многоканальный автоматический оптимизатор Советский патент 1986 года по МПК G05B13/02 

9д

:о

О О СП Изобретение относится к автоматике и вычислительной технике и может быть использовано для выбора оптимальных значений параметров комплектующих элементов различных объектов обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимальную серийнопригодность. Цель изобретения - расширение функциональных возможностей за счет определения оптимальных значений параметров при различной форме области ра.ботоспособности. На ф-иг. представлена блок-схема предлагаемого оптимизатора; на фиг.2 - логический блок; на фиг.З многомерньй блок варьирования; на фиг.4 - схема блока установки допусков многомерного блока варьирования; на фиг;5 - блок контроля формы области работоспособности; на фиг.6 блок вычислений; на фиг.7 - схема формирования импульса логического блока; на фиг.8 - схема блока памяти блока вычислений; на фиг. 9 и 10 иллюстрации процесса поиска граничных точек области работоспособности. Многоканальный автоматический оптимизатор содержит многомерньйблок 1 варьирования, многомерный объект 2 оптимизации, многомерный блок 3 измерения функций качества, логический :блок 4, блок 5 вычислений, блок 6 контроля формы области работоспособности, логический элемент 7, 2га-входовой элемент И 8, формирователь 9 импульсов, сумматоры 10 и 11, уставки 12 и 13, диоды 14 и 15, кольцевой двоичный п-разрядный счетчик 16, блоки 17 установки допусков, сумматор 18, потенциометр 19, генератор 20 линейно-возрастающего напряжения, генератор 21 линейно-падающего напряжения, программируемый генератор 22 импульсов, потенциометр 23 с двум подвижными контактами 24 и 25, ключе вой элемент 26, счетчик 27, дешифратор 28 и индикатор 29, элемент ИЛИ 3 шину 31 установки в О, элемент И 3 блок 33 памяти, индикатор 34, шину 35( установки О, шину 35 считывания, дифференцирующую цеПь 36, диод 37, элемент НЕ 38, дифференцирующую цепь 39, диод 40, элемент ИЛИ 41, элемент 2.памяти и элемент 43 деления. Кроме того, приняты следующие обо значения: - текущее значение i-ro (i 1,n) оптимизируемого параметра; - число оптимизируемых параметров; j Qj ма.. Ьш) - соответствено минимальное и максимальное допустимые значения j-й функции качества; - число функций качества; QJ - текущее значение j-й функции качества; G - область работоспособности в пространстве оптимизируемых параметров X, под которой понимается множество значений оптимизируемых параметров (X; - X; i ) ,,, при которых удовлетворяются условия fQj«HH Q i(X)QUaKe. () 1 1 в , / I .J.bi. р. - область допустимых значений оптимизируемых параметров, определяемая неравенствами макс (,n), (2) ,- соответственно миниI мин «oKt мальное и максимальное допустимые значения i -го оптимизируемого параметра; Х - координаты граничной точки области (,2,...2 - номер луча). Принцип работы устройства состоит в реализации засисимости всех оптимизируемых параметров, определяющих работоспособность многомерного объекта оптимизации от одного дополнительного параметра t в соответствии с уравнениями ;f-X.,(1-t)Xj.t (3) или ,(1-t)H.Xi,.t, (4) где некоторое заданное (расчетное или номинальное) значе.; йие оптимизируемого параметра (х., ее, ,п); t - безразмерный параметр, изменяющийся от О до 1. Совокупность уравнений (3) и (4) представляет собой параметрическое задание прямой (луча), соединяющих точку Х„(Х,,...,Х) с какой-либо вершиной области Р. Количество таких лучей равно 2 . Координаты верщин области Р определяются по таблице.. Координаты граничных точек области G определяются по выражениям (l-t)+X.,,.t(-l (,, где t - решение уравнений Q(y)Q/MH«, Q(y)Q/««c. 4Mt1M WlMHM j (UMH xm мин QMOKC W (/Maicc «Qa «laitc Qj Mare Qm «10 КС 5 Q(Qt,Q2,QvvQiQmb Координаты точки, ,о Xjg , .. X,g ,. . . )Gi при которой обеспечивается максимал ный запас работоспособности или мак симальная серийнопригодность, определяются по формуле x;,-i-i:xf:j(i r:7i; ). при условии, что область G - вьтукл Область G является вьтукпой, есл число граничных точек области G нах дится на отрезке луча между точкой X еС и какой-либо вершиной области и равно единице. Для доказательства правильности формулы (7) вводят п-мерную систем координат и направляют по ее осям единичные вектора.;Тогда вектор X равен п X.2:X;U;, 8) где X; - протекция вектора X на i -ю ось координат; U| - единичный вектор i-й оси координат. Предположим, что совокупность то чек , лежащих на границе облас О, а также некоторая точка , ...,Х;у,...,Х„) , расположенная вну ри области G, являются единичньми материальными точками. Предположим также, что между каждой точкой из совокупности f точкой Х имеет ся упругая связь в виде однородной растяжимой нити. Сила натяжения нити между точкам и определяется по извест ной формуле Fvn 3e-lo /j. (9) где IJQ - абсолютная деформация нит чек равная расстоянию между точками Xji и эе - коэффициент, характеризую щий материал, из которого изготовлена нить. Если коэффициент ж для всех ните одинаков, то точка Х занимает поло жение, равноудаленное от граничных точек X J. В равновесном состоянии равнодействующая всех сил F равна нулю. При этом координаты точки Х определяют координаты оптимальной точки Хо . Пусть N - общее количест :во граничных точек области G. Тогда можно записать. ,. +FO, +,..., +F. + ,.. .,-ьро.„ 0. Каждый вектор относительно начала координат может быть представлен как разность.двух векторов Foji FOO -FO, , : . где FQQ, , Fpa - вектора сил напряжения между материальной точкой, закрепленной в начале координат, и точками XQ и Хд соответственно. Таким образом FO(FOO -FO )+(F(,o-Fe - oo -Fop) + ,...,+ (FOO -FON)O. Откуда 1 N .°/ . Используя формулу (8), получим 0° N «f 2+. . U.-.+ + ,,..,+FopU) или в соответствии с формулой (9) уГ.(1ори,+1„ри, + ,...,). Откуда координаты искомой точки х для i-й оси равны х..„ -.vz:x « N Оптимизатор работает следующим образом. Пусть многомерный объект 2 оптимизации характеризуется m функциями качества Q;(,m), которые измеряются многомерным блоком 3 измерения функций качества. В логическом блоке 4 (фиг.2) в установку 13 логического элемента 7: записьгоают значение ,(,н установку 12 логического элемента 7 записывают максимальное значение Q; j-й функции качества. В многомерном блоке 1 варьирования (фиг. 3 и 4) в i-M блоке 17j установки опусков при помощи подвижного контакта 24 устанавливается нормированное значение i-ro оптимизируемого параметра, равное X , , а при помощи подвижного контакта 25 - нормированное значение оптимизируемого параметра, равное X; д. На каждом потенциометре 19, (фиг.З): станавливают нормированное значение птимизируемого параметра X;j,eG. в исходном состоянии в счетчике 16по шине установки нуля записывают .число, равное нулю. Так как сигнал на выходах соответствующих разрядов счетчика 16 равны нулю, поэтому ключевые элементы 26 закрыты в блоках 17установки допусков. Таким образом в исходном состоянии на потенциометрах 23 устанавливается следующая комбинахщя оптимизируемых параметров .(таблица). ., (Х, Дг макс i макс V 1 nwaicc - В блоке 6 контроля формы области работоспособности (фиг.5) содержимое счетчика 27 сигналом по шине 31 устанавливается на нуль, В блоке 5 вычислений (фиг. 6 и 8) сигналом по шине 35j устанавливают содержимое элементов 42 памяти, рав ным нулю. Вследствие того, что по предлагаемому алгоритму оптимизации заранее известно число определяемых граничны точек области (число ), то элемент 43 деления (фиг.8) настраивают так, чтобы его выходной сигнал был бы в 1/N раз меньше, чем входной. В качестве элемента 43 деления может использоваться, например, опера1:1ионньй усилитель, работающий в режиме масштабирования. Затем в момент времени в многомерном блоке 1 варьирования (фиг.З) по шине Пуск сигналом запускают в работу программируемый генератор 22 импульсов. Число тактируемых имгсульсов генератора 22 и их период выбира ют исходя из конкретных особенностей многомерного объекта 2 оптимизаь1ии. Первый тактовый импульс в кольцевом «.-разрядном двоичном счетчике 16 возбуждает первую ячейку, подается на вход блока 6 контроля формы облас ти работоспособности и на входы гене раторов, линейно-возрастающего 20 и линейно-падающего 21 напряжений. В счетчике 16 возбуждается его первая ячейка, выходной сигнал которой не равный нулю, подается на вход ключевого элемента 26 блока 17, уста новки допусков, открывая его. На выход первого блока 17, установки допу сков подается сигнал с контакта 24 (фиг.4). Таким образом, на потенциометрах 23 блоков 17 установки допус ков устанавливается следующая комби1256 ация в оптимизируемых параметрах (таблица) (МОПС ZAtaifc Выходной сигнал генератора 22 в локе 6 контроля формы области рабооспособности (фиПп5) через элемент ЛИ 30 подается fta вход установки четчика 27 в нулевое состояние. Затем генераторы 20 и 21 (фиг.З) ырабатывают сигналы, пропорциональHbie t и (1-t). Выходной сигнал генератора 20 линейно-возрастающего напряжения подается также на третьи входы элементов И 31 блока 5 вычисления (фиг,6). На выходе сумматора 18, получаем сигнал вида ,„ии t+X,(1-t), а на выходах сумматоров 18: (,п).) сигналы вида ,,.H(i-t)Для синхронизации работы генератора 22 импульсов,.счетчика 16 и генераторов 20 и 21 перед входами последних можно установливать элемент задержки. Выходные сигналы UjXi « ТТп), с выходов сумматоров 18 подаются на соответствующие входы многомерного объекта 2 оптимизации и блока 5 вычислений. Сигналами с выхода многомерного блока I варьирования, подаваемыми на соответствующие входы многомерного объекта 2 оптимизации, изменяют его оптимизируемые параметры X и, соответственно, его функции качества Q(,m).. Геометрическая интерпретация изменения оптиьшзируемых параметров X приведена на фиг.9 (в случае, когда область Q - вьшуклая). При изменении оптимизируемых параметров X многомерного объекта 2 оптимизации в блоке 3 измерения функций качества производится измерение и сравнение текущего значения функций качества Q)(X) с заданными Q- ц и X) маис В блоке 3 измерения функций качества (фиг.2) значение каждой функции качества Q подается на вход соответствующего логического элемента 7j . В логическом элементе 7j значение Qподается на суммирующий вход сумматора 11, на вычитающий вход которого подается сигнал Qj „ с выхода уставки 13. Выходной сигнал сумматора 11 (Q-Q,„ц)0 через диод 15 подается на соответствующий вход элемента И 8логическом элементе 7j значение Q подается также на вычитающий вход сумматора 10, на суммирующий вход к торого подается сигнал Qj д,ак(- с выхода уставки 12. Выходной сигнал су матора 10 (Q;иакс Qj O через диод 14 подается на соответствующий вход элемента И 8, Если одновременно выполняются условия Qj ) макс (10) ,m, то выходной сигнал элемента И 8 рав единице. В момент времени, когда ии или макс (что соответствует какой-либо граничной точке области работоспособности G (фиг.9), выходной сигнал элемента И 8 изменяется скачком от 1 до 0. Выходные напряжения элемента И 8 подается в формировател 9импульсов (фиг.7) на выходы дифференцирующей цепи 36 и элемента НЕ 38 В момент скачка выходного сигнала элемента И 8 на выходе дифференцирующей цепи 36 появляется сигнал отрицательной полярности, поэтому выходной сигнал диода 37 равен нулю, а вы ходной сигнал элемента НЕ 38 в этот момент времени изменяется с О до 1 (перепад 0/1). Этот положительный скачок напряжения дифференцируется дифференцирующей цепью 39 и через ди од 40 и элемент ИЛИ 41 подается на выход логического блока 4. Выходной логического блока 4 подается на первый вход блока 6 контроля формы области работоспособности и на первый вход блока 5 вычислений. Если при изменении оптимизируемых параметров X вновь вьшолняется условие (1) (в случае, когда область G не выпуклая, фиг.10), то выходной сигнал элемента И 8 вновь становится равным единице (перепад 0/1). Этот перепад выходного сигнала элемента И 8 в формирователе 9 импульсов (фиг,7) дифференцируется дифференцирующей цепью 36 и ее положительный импульс через диод 37 и элемент ИЛИ 41 подается на выход логического бло ка 4. Выходной сигнал элемента НЕ 38 при этом изменяется от 1 до О (перепад 1/0). В блоке 6 контроля формы области работоспособности выходной сигнал формирователя 9 импульсов логическо958го блока 4 подается на счетный вход счетчика 27 (фиг.5), увеличивая его содержание на единицу. Если в течение периода появления тактовых импульсов с выхода генератора 22 многомерндго блока 1 варьирования появятся еще сигналы с выходов логического блока 4 (что возможно, если область - невьтуклая), то в счетчике 27 записано число 2,3 и т.д. Если число, записанное в счетчике 27, больше 1, то на выходе дешифратора 28 появляется сигнал, который подается на вход индикатора 29, Срабатывание последнего свидетельствует о том, что область является невыпуклой (фиг.10). В блоке 5 вычислений сигнал с выхода логического блока 4 подается на первые входы элементов И 31 (фиг.6). На второй вход i-ro элемента И 31 подается сигнал U; с вькода сумматора 18 (,n) многомерного блока 1 варьирования, а на третьи выходы элементов И 31 подается сигнал, не равный нулю, с выхода генератора 20 многомерного блока 1 варьирования. В момент совпадения сигналов на входах элемента И 31 (т.е. когда параметры многомерного объекта 2 оптимизации находятся на границе области работоспособности) на выходе элемента И 31; (i 1,п) появляется сигнал, значение которого ,равно ,,(i-t(), 1 ., «aKct X,(,). значение выходного сигнала генератора 20 при нахождении объекта 2 оптимизации на границе области G,который запоминается в блоке 32j памяти .() При достижении i. единичного значеия выходной сигнал генератора 20 станавливается равным нулю, а выходой сигнал генератора - равным едиице . Затем программируемый генератор 2 импульсов выдает очередной импульс,. ри этом в кольцевом п-разрядном двочном счетчике 16 возбуждается вторая чейка, в блоке 6 контроля формы обасти работоспособности (фиг.5) даный сигнал через элемент ИЛИ 30 устанавливает счетчик 27 на нуль и подается на входы генераторов 20 и 21. Выходной сигнал возбуткденной второй ячейки счетчика t6 подается на вход ключевого элемента 26 блока 17 установки, открывая его. На выход второго блока 17j установки допусков подается сигнал с контакта 24 (фиг..4) Таким образом, на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устававливается следующая комбинация оптимизируемых параметров (таблица) г «маис XV , Ъ U UU Ъ маис 1 маке л Затем генераторы 20 и 21 (фиг.З) вновь вырабатывают сигналы, пропорциональные t и (1-t), и цикл работы многоканального автоматического оптимизатора повторяется 2 раз. В данном случае 2 - число тактовых импульсов программируемого генератора 22 тактовых импульсов. В последнем цикле после подачи 2-го импульса счетчик 16 устанавливается на нуль (так так счетчик 16 - кольцевой счетчик). Поэтому на потенциометрах 23 блоков 17 установки допусков устанавливается следующая комбинация оптимизируемых параметров X «ate Moitc i waxc X, X .). „ После 2 циклов определения (поиска) граничных точек области G в i -м блоке 32 памяти (фиг.6) (в элементе 42; памяти, фиг.8) запоминается сумма 1 -X координат 2 граничных точек, т.е. число :) Если в процессе оптимизации в каж дом цикле определения граничных точе определено, что область G выпуклая (по несрабатыванию индикатора 29, фиг.З), то затем сигналом по шяне 35 (фиг. 6) считывается заполненное числ в элементе 42; памяти (фиг.8), которое затем делится на элементом 43 деления и высвечивается (индицируется) на индикаторе 34;. Таким обо/ « „«и разом.на i-м индикаторе 34 отображен 1-е значение оптимизируемого парамет ра согласно формуле (7). Таким образом, в результате введе ния многомерного блока 1 варьировани и блока 6 контроля формы области работоспособности, а также связей между новыми и старыми блоками расширяются функциональные возможности опти 1 9510 мизатора за счет определения оптимальных значений параметров при различной форме области работоспособности. Формула изобретения 1.Многоканальный автоматический оптимизатор, содержащий блок вычислений и последовательно соединеннь1е многомерный объект оптимизации, многомерный блок измерения функций качества и логический блок, отличающийся тем, что, с целью расширения функциональных возможностей, в него введены многомерный блок варьирования и блок контроля формы области работоспособности, первый вход которого соединен с первым входом блока вычислений и выходом логического блока, а второй вход - с первым выходом многомерного блока варьирования, вторые выходы которого соединены с входами многомерного объекта оптимизации и вторыми входами блока вычислений, а третий выход - с третьим входом блока вычислений. 2.Оптимизатор по п.1, отличающийся тем, что блок контроля формы области работоспособности содержит последовательно соединенные элемент ИЛИ, счетчик, дешифратор и индикатор, счетный вход счетчика соединен с первым входом блока контроля формы области работоспособности, второй вход которого соединен с первым входом элемента ИЛИ, второй вход которого соединен с шиной установки нуля. 3.Оптимизатор по п,1, о т л и чающийся тем, что блок вычислений содержит по числу оптимизируемых параметров последовательно сое диненные элемент И, блок памяти и индикатор , второй вход каждого блока памяти соединен с шиной установки нуля, а третий вход - с шиной считывания, первый и третий входы блока вычислений соединены соответственно с и вторым входами каждого элемен„та И, а каждый из вторых входов - с третьим входом элемента И. 111269095 Продолжение таблицы 12 Продолжение таблицы

Изобретение относится к области автоматики и вычислительной техники и может быть использовано для выбора оптимальньк значений параметров комплектующих элементов объекта, обеспечивающих максимальный запас работоспособности или максимальную серийнопригодность. Целью изобретения является расширение функциональных возможностей. В оптимизатор дополнительно введены многомерньй блок варьирования и блок контроля формы области работоспособности. 2 з.п, ф-лы, 10 ил. с 9 1 табл.

О О

О О

О 1

3 4

А

Примечание. Сиьшолом О обозначено максимальное, а символом 1 - минимальное значения оптимизируемого параметра X

фиг.1

На txoiu

6лонов5,б

Фиг. г

с,оп..п.с..у,.щ.., ,.,, ияичп , шмента ИЗ {пвгчз 5

flH 30 g/iena б

,ПуС11

1269095

. С tuxtia f/ffffff 4

Cfuxoda блока 4

j5 Шина уст.,0 /

55j Шина считывони.9

Сбыхадл гпьнго

(Риг. 6

Фиг. 7

3Z

Wufta cvumbtScr:fufl JV/

Фин. a